Ce doctorat s'intègre dans les programmes OPUR et Piren-Seine et a eu pour vocation d'améliorer les connaissances actuelles sur l'influence des rejets urbains de temps de pluie sur la spéciation et la biodisponibilité des métaux dans les systèmes sous forte pression urbaine tel que la Seine. En effet l'impact des métaux lourds dans le milieu récepteur sur les organismes vivants dépend d'une part de leurs teneurs totales mais aussi et surtout de leur biodisponibilité. Il est généralement admis que la forme biodisponible des métaux lourds pour les organismes vivants est la forme dissoute libre. Les RUTP vont donc pouvoir considérablement modifier la teneur et la biodisponibilité des métaux lourds dans le milieu naturel dans la mesure où ces rejets sont fortement chargés en matière organique dissoute (MOD) qui va influencer considérablement, avec la MOD déjà présente dans le cours d'eau, la spéciation des métaux dans le milieu étant donnée sa capacité à complexer ces derniers et sa tendance à diminuer leur biodisponibilité. La compréhension de l'influence de la MOD sur la spéciation et la biodisponibilité des métaux suppose en outre que l'on connaisse précisément sa composition chimique ou plus exactement ses groupements fonctionnels. C'est pourquoi une partie de ces travaux est consacrée à la caractérisation de la matière organique dissoute d'origine naturelle et urbaine par son fractionnement selon le critère de polarité. Une caractérisation plus fine a été réalisée à l'aide des analyses fonctionnelles permettant ainsi de mieux aborder l'influence de la MOD sur la spéciation et la biodisponibilité du cuivre. Parallèlement à l'étude de caractérisation de la MOD, ce travail s'attache à mieux cerner le rôle de la MOD d'origine urbaine en particulier de la MOD hydrophile sur la spéciation et la biodisponibilité du cuivre. Dans cet objectif, la technique potentiométrique à l'aide d'électrode ionique spécifique ainsi que des biotests de toxicité aiguë (Daphnia magna) ont permis :- d'étudier la complexation du cuivre par les MOD afin notamment de fournir des paramètres de complexations des MOD hydrophiles peu connues jusqu'à présent et ainsi mieux prédire le transport des métaux en milieu urbain.- d'évaluer le rôle protecteur de la MOD d'origine urbaine sur la biodisponibilité du cuivre. Les résultats ont montré que la MOD issue des rejets urbains et rejetée dans le milieu récepteur présente des caractéristiques originales à savoir un fort pourcentage de MOD hydrophile, c'est à dire une faible hydrophobicité et un degré d'aromaticité peu marqué soulignant le caractère peu réfractaire de cette MOD. En revanche une plus grande diversité fonctionnelle de la MOD d'origine urbaine par rapport à la MOD naturelle a été mise en évidence notamment par un taux de structures protéiques très important. Les résultats obtenus vis-à-vis des MOD d'origine urbaine ont montré une réactivité particulière vis-à-vis du cuivre. En effet les rejets urbains ont montré une teneur en sites complexant plus élevée que ce qu'il est observé pour des matières organiques naturelles. Le rôle particulier de groupements amines dans la complexation du cuivre a été mis en évidence. L'approche utilisée pour évaluer la biodisponibilité du cuivre a révélé pour l'ensemble des MOD un effet protecteur vis-à-vis du cuivre sur les organismes vivants. Une corrélation positive de cet effet avec la teneur en eaux usées été mise en évidence, notamment pour les MOD des RUTP et plus particulièrement pour la fraction hydrophile (HPI), signalant ainsi la forte influence de la MOD d'origine urbaine sur la biodisponibilité et la toxicité du cuivre

Les microalgues, qui sont à la base des réseaux trophiques aquatiques, peuvent être la cibleindirecte des herbicides provenant des usages agricoles et urbains. Elles sont également en interaction avecd’autres éléments de leur environnement comme la matière organique dissoute (MOD) naturelle, ellemêmesusceptible d’interagir avec les herbicides. Cette thèse a visé à étudier, en milieu contrôlé, l’influencede la MOD naturelle sur la toxicité d’herbicides vis-à-vis de microalgues en cultures monospécifiques nonaxéniques. Ont été considérés de la MOD naturelle d’eau douce et marine, trois herbicides (irgarol, diuronet S-métolachlore) seuls et en mélange, deux espèces de microalgues dulçaquicoles (Gomphonema gracileet Sphaerellopsis sp.) et deux espèces marines (Chaetoceros calcitrans et Tetraselmis suecica). Les effetsont été déterminés sur la croissance, l’efficacité photosynthétique et le contenu relatif en lipides desmicroalgues. En parallèle, l’environnement chimique a été caractérisé en suivant l’évolution de lacomposition et des propriétés de la MOD, ainsi que des concentrations d’herbicides et de leurs métabolites.Les résultats de ces travaux, qui considèrent pour la première fois la MOD naturelle dans sa globalité eninteraction avec des microalgues et des herbicides, démontrent le rôle clé joué par la MOD sur (i) lastimulation de la croissance des quatre espèces de microalgues (et en retour la modification de la MOD parcelles-ci), (ii) la modulation de la toxicité des herbicides et suggèrent (iii) la capacité de Sphaerellopsis sp.et/ou de ses bactéries associées de biodégrader le diuron. / Microalgae are at the basis of aquatic food webs and may be the indirect target of herbicidesfrom agricultural and urban uses. They also interact with other compounds from their environment such asnatural dissolved organic matter (DOM), which can itself interact with herbicides. This thesis aimed tostudy, in laboratory controlled conditions, the influence of natural DOM on herbicide toxicity to microalgaeby using monospecific, non-axenic cultures. The experiments included: natural freshwater and marineDOM, three herbicides (irgarol, diuron and S-metolachlor) singly and in mixtures, two freshwatermicroalgae (Gomphonema gracile and Sphaerellopsis sp.) and two marine microalgae (Chaetoceroscalcitrans and Tetraselmis suecica). Effects were evaluated on microalgae growth, photosyntheticefficiency and relative lipid content. At the same time, changes in chemical environment over theexperiments were measured through DOM composition and properties, as well as the concentrations inherbicides and their metabolites. The results of this work, which consider for the first time natural DOM asa whole, interacting with microalgae, their associated bacteria and herbicides, demonstrate the key roleplayed by DOM in (i) the growth stimulation of four microalgae (and in return the DOM changes inducedby microalgae), (ii) the modulation of herbicide toxicity and suggest (iii) the ability of Sphaerellopsis sp.and/or its associated bacteria to biodegrade diuron in non-axenic conditions.

Résumé : Les propriétés bio-optiques et bio-physiques du golfe et de l'estuaire du Saint-Laurent ont été évaluées au cours de 5 croisières multi-saisonnières menées entre 1997 et 2001. Les propriétés optiques intrinsèques (KM) mesurées comportaient des profils verticaux du coefficient d'absorption et d'atténuation et la fonction de diffusion volumétrique ainsi que te coefficient d'absorption par les particules (total), par les particules non-algales, par le phytoplancton et par la matière organique dissoute (CDOM). Les paramètres optiques apparents (POA) incluaient les profils verticaux de la luminance ascendante et de l'éclairement descendant. L'allure spectrale des principaux PO! comme l'absorption par le phytoplancton, le CDOM et les particules non-alguales comme la rétrodiffusion particulaire ont été paramétrisés en utilisant les modèles conventionnels mais aussi des adaptations de ces modèles. Les statistiques descriptives de chaque variable de cette collecte de données sont décrites. Les variations spatiales et temporelles observées dans les paramètres biophysiques et leurs allures spectrales sont également présentées. Les résultats indiquent que les taux mesurés de POI et de POA varient selon des proportions déjà observées dans des écosystèmes côtiers semblables. Les patrons de variation spatiale et temporelle étaient, en général, conformes aux variations attendues vis-à-vis des considérations théoriques et expérimentales pour cet écosystème particulier. D'ailleurs, les allures spectrales des POI et des POA se sont déclarées conformes avec la variation détectée dans les concentrations (visiblement significatives) des constituants mesurés. Une série complète des sections efficaces des POI a été calculée à partir des données acquises en mer. La variation des sections efficaces à été conforme aux taux de variation déjà décrits dans la littérature. Ces résultats nous permettent de conclure que le jeu de données que nous possédons pourrait être utilisé dans le calcul de la concentration des constituants bio-géochimiques à partir des POI associés. Une étude de concordance des données bio-optiques au niveau de transfert radiatif à été effectuée. Les paramètres optiques simulés correspondaient dans un même ordre de grandeur avec les paramètres optiques mesurés. Ce résultat nous a permis de confirmer la validité de notre jeu de données acquis en mer avec une approche théorique. Nous pouvons avancer le fait que cette campagne de collecte de données a permis de décrire à une large échelle le comportement des régions bio-optiques du Saint-Laurent dans le contexte des objectifs de la télédétection. Cet ensemble de données bio-optiques fournit une base solide pour le développement d'un modèle rigoureux d'inversion de la concentration de Chla à l'aide d'un algorithme satellitaire pour les eaux de type II du système du Saint-Laurent.||Asbract : In-water biogeochemical constituents and bio-optical properties of the St-Lawrence Gulf and Estuary were monitored during 5 cruises conducted between 1997-2001 accross different seasons. Measured inherent optical properties (IOPs) included vertical profiles of the absorption and attenuation coefficients and the volume scattering function as well as absorption by particles, non-algal particles, phytoplankton and coloured dissolved organic matter (CDOM). Apparent Optical parameters (AOPs) included vertical profiles of the upwelling radiance and downwelling irradiance. The spectral shape of the major IOPs like absorption by phytoplankton, CDOM and non-algal particles as well as the particulate backscattering were parameterized using conventional models and adaptations of conventional models. Descriptive statistics of each variable in the collected dataset were analysed and compared with previous findings in the literature. The optical coherence of the measurements was verified using a radiative transfer closure approach. A complete set of 10P cross-sections for optically significant biogeochemical variables were generated. The magnitude and the spatial, temporal and spectral variation exhibited by the optically significant inwater biogeochemical constituents as well as the bio-optical parameters was consistent with our current knowledge of the ecosystem. The variation of the bio-optical parameters throughout the seasons was also coherent with our expectations. All the measured and derived parameters were found to vary within the ranges reported in the literature. Evidence was presented wherein the Gulf waters, which are usually considered as case I waters could also behave like case II waters. Moreover, spectral signatures exhibited by the IOPs and AOPs were coherent with the variation detected in the concentrations of the measured (optically significant) constituents. The extracted 10P crosssections were consistent with the results of similar studies previously performed and could eventually be used in the estimation of the biogeochemical constituent concentrations given the related component IOPs. First-order radiative transfer closure was achieved; this underscored the validity of our experimental dataset based on considerations of higher level, integrative, physics. We argue that the current data collection campaign succeeded as a comprehensive framework for describing the behavior of the St-Lawrence bio-optical provinces within the context of remote sensing objectives. This bio-optical dataset should provide the basis for the development of a rigorous, satellite-based, remote sensing algorithm for the retrieval of near surface chlorophyll, fine-tuned to the local characteristics of the St-Lawrence system.

En milieu marin, les communautés bactériennes hétérotrophes sont exposées à un mélange hétérogène de composés organiques dissous présentant différents degrés de labilité, qui peuvent contrôler à la fois leurs activités et leur composition. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié la réponse de communautés bactériennes présentes dans des environnements côtiers contrastés à l’ajout simple ou combiné de différentes sources naturelles de matière organique dissoute (MOD), préalablement photo oxydée ou non et présentant différentes bio réactivités. Dans un premier temps, nous avons étudié l’impact d’ajout de MOD labile provenant de méduses sur l’activité et la diversité bactériennes d’une communauté d’une lagune côtière méditerranéenne. Nous avons observé que la résilience des communautés bactériennes suite à cet ajout était plus importante pour les fonctions métaboliques que pour la diversité. Ceci suggère que les efflorescences de méduses peuvent entrainer des changements durables de la structure des communautés bactériennes en environnement côtier. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à la possibilité d’un priming effect (accélération de la dégradation bactérienne de la MOD réfractaire en présence de MOD labile) en milieu côtier. Des expériences d’ajout simple ou combiné de MOD labile et récalcitrante ont été réalisées sur des communautés bactériennes de Mer Méditerranée et d’un fjord de Patagonie chilienne. Dans les deux cas, nous avons observé des changements plus importants de la composition communautaire bactérienne suite à un ajout combiné. Cependant, nous n’avons pas observé une plus forte consommation de MOD récalcitrante suite à l’ajout de composés labiles, ce qui suggère que le priming effect n’a pas eu lieu au cours de nos expériences. Enfin, nous avons étudié l’impact de la photodégradation de différentes sources de MOD (i.e. MOD récalcitrante de rivière, MOD labile provenant de phytoplancton) sur l’activité et la diversité de communautés bactériennes côtières. Nous avons observé que la photodégradation de la MOD issue d’une culture de phytoplancton entrainait à la fois une croissance bactérienne plus faible et une modification de la diversité bactérienne en faveur des Alphaprotéobactéries. / Heterotrophic bacterial communities in marine environment are exposed to a heterogeneous mixture of dissolved organic compounds with different bioavailability that may control both their activities and their composition. In the frame of this thesis, we studied the response of different coastal bacterial communities to the single or combined addition of various natural dissolved organic matter (DOM) photo-oxidized or not, presenting different bioavailability characteristics. Firstly, we studied the effects of the addition of highly bioreactive DOM derived from jellyfish on bacterial activities and community structure in a Mediterranean coastal lagoon. We observed that resilience of the bacterial community after the addition of DOM from the jellyfish was higher for metabolic functions than diversity, suggesting that jellyfish blooms can induce durable changes in the bacterial community structure in coastal lagoons. Secondly, we investigated the occurrence of priming effect (increase in microbial degradation of refractory DOM upon the addition of labile DOM) on coastal marine environments. Experiments with single or combined additions of recalcitrant and labile DOM sources were performed with a Mediterranean and a Patagonian fjord bacterial communities. In both cases we observed a greater effect of combined addition on bacterial community composition. However we did not observe an increase in recalcitrant DOM degradation of recalcitrant DOM following the addition of labile compounds, suggesting that priming effect did not occur during our experiments. Finally, we studied the impact of contrasted DOM (i.e. recalcitrant riverine DOM, labile phytoplankton-derived DOM) photodegradation on coastal bacterial communities activity and composition. We observed that photodegradation of phytoplankton-derived DOM led to a lower bacterial growth and changes in bacterial community diversity, in favour of Alphaproteobacteria.

Une estimation des quantités de carbone organique dissous dans les millions de lacs boréaux est nécessaire pour améliorer notre connaissance du cycle global du carbone. Les teneurs en carbone organique dissous sont corrélées avec les quantités de matière organique dissoute colorée qui est visible depuis l’espace. Cependant, les capteurs actuels offrent une radiométrie et une résolution spatiale qui sont limitées par rapport à la taille et l’opacité des lacs boréaux. Landsat 8, lancé en février 2013, offrira une radiométrie et une résolution spatiale améliorées, et produira une couverture à grande échelle des régions boréales. Les limnologistes ont accumulé des années de campagnes de terrain dans les régions boréales pour lesquelles une image Landsat 8 sera disponible. Pourtant, la possibilité de combiner des données de terrain existantes avec une image satellite récente n'a pas encore été évaluée. En outre, les différentes stratégies envisageables pour sélectionner et combiner des mesures répétées au cours du temps, sur le terrain et depuis le satellite, n'ont pas été évaluées. Cette étude présente les possibilités et les limites d’utiliser des données de terrain existantes avec des images satellites récentes pour développer des modèles de prédiction du carbone organique dissous. Les méthodes se basent sur des données de terrain recueillies au Québec dans 53 lacs boréaux et 10 images satellites acquises par le capteur prototype de Landsat 8. Les délais entre les campagnes de terrain et les images satellites varient de 1 mois à 6 ans. Le modèle de prédiction obtenu se compare favorablement avec un modèle basé sur des campagnes de terrain synchronisées avec les images satellite. L’ajout de mesures répétées sur le terrain, sur le satellite, et les corrections atmosphériques des images, n’améliorent pas la qualité du modèle de prédiction. Deux images d’application montrent des distributions différentes de teneurs en carbone organique dissous et de volumes, mais les quantités de carbone organique dissous par surface de paysage restent de même ordre pour les deux sites. Des travaux additionnels pour intégrer les sédiments dans l’estimation sont nécessaires pour améliorer le bilan du carbone des régions boréales. / A remote sensing approach to estimate carbon stocks in the millions of boreal lakes is highly desirable to improve our understanding of carbon cycles. Lakes carbon content is often correlated to colored dissolved organic matter (CDOM) content, which is visible from space. Meanwhile, current sensors offer limited radiometry and spatial resolution in regard to boreal lakes opacity and size. Landsat 8, launched in February 2013, offers improved radiometry and spatial resolution, and will provide large-scale coverage of boreal regions. Limnologists gathered years of field campaigns in the boreal regions for which a clear Landsat 8 image will be available. Yet the possibility to combine legacy field data with new satellite imagery has not been assessed yet. Furthermore, the different strategies to select and combine timely repeated lakes measurements in the field and on the satellite have not been assessed either. In this study, we address the opportunities and limits to combine legacy field data with new satellite imagery to develop CDOM predictive models. Methods are based on field data from Quebec collected in 53 boreal lakes and 10 satellite images acquired with the prototype of Landsat 8. Delays between field campaigns and satellite overpasses varied from 1 month to 6 years. Results show that a CDOM predictive model based on existing field data compares favorably with models based on carefully coordinated field campaigns. The quality of the model does not improve by adding repeat measurements in the field and on the satellite, or by using atmospherically corrected images. Two images from different sites show different distributions of lakes dissolved organic carbon concentrations and volumes, but the total dissolved organic carbon storage per landscape unit in the two sites are in the same range. Additional work to link satellite data to lakes sediments carbon content is needed to refine the global carbon budget in the boreal regions.

Une estimation des quantités de carbone organique dissous dans les millions de lacs boréaux est nécessaire pour améliorer notre connaissance du cycle global du carbone. Les teneurs en carbone organique dissous sont corrélées avec les quantités de matière organique dissoute colorée qui est visible depuis l’espace. Cependant, les capteurs actuels offrent une radiométrie et une résolution spatiale qui sont limitées par rapport à la taille et l’opacité des lacs boréaux. Landsat 8, lancé en février 2013, offrira une radiométrie et une résolution spatiale améliorées, et produira une couverture à grande échelle des régions boréales. Les limnologistes ont accumulé des années de campagnes de terrain dans les régions boréales pour lesquelles une image Landsat 8 sera disponible. Pourtant, la possibilité de combiner des données de terrain existantes avec une image satellite récente n'a pas encore été évaluée. En outre, les différentes stratégies envisageables pour sélectionner et combiner des mesures répétées au cours du temps, sur le terrain et depuis le satellite, n'ont pas été évaluées. Cette étude présente les possibilités et les limites d’utiliser des données de terrain existantes avec des images satellites récentes pour développer des modèles de prédiction du carbone organique dissous. Les méthodes se basent sur des données de terrain recueillies au Québec dans 53 lacs boréaux et 10 images satellites acquises par le capteur prototype de Landsat 8. Les délais entre les campagnes de terrain et les images satellites varient de 1 mois à 6 ans. Le modèle de prédiction obtenu se compare favorablement avec un modèle basé sur des campagnes de terrain synchronisées avec les images satellite. L’ajout de mesures répétées sur le terrain, sur le satellite, et les corrections atmosphériques des images, n’améliorent pas la qualité du modèle de prédiction. Deux images d’application montrent des distributions différentes de teneurs en carbone organique dissous et de volumes, mais les quantités de carbone organique dissous par surface de paysage restent de même ordre pour les deux sites. Des travaux additionnels pour intégrer les sédiments dans l’estimation sont nécessaires pour améliorer le bilan du carbone des régions boréales. / A remote sensing approach to estimate carbon stocks in the millions of boreal lakes is highly desirable to improve our understanding of carbon cycles. Lakes carbon content is often correlated to colored dissolved organic matter (CDOM) content, which is visible from space. Meanwhile, current sensors offer limited radiometry and spatial resolution in regard to boreal lakes opacity and size. Landsat 8, launched in February 2013, offers improved radiometry and spatial resolution, and will provide large-scale coverage of boreal regions. Limnologists gathered years of field campaigns in the boreal regions for which a clear Landsat 8 image will be available. Yet the possibility to combine legacy field data with new satellite imagery has not been assessed yet. Furthermore, the different strategies to select and combine timely repeated lakes measurements in the field and on the satellite have not been assessed either. In this study, we address the opportunities and limits to combine legacy field data with new satellite imagery to develop CDOM predictive models. Methods are based on field data from Quebec collected in 53 boreal lakes and 10 satellite images acquired with the prototype of Landsat 8. Delays between field campaigns and satellite overpasses varied from 1 month to 6 years. Results show that a CDOM predictive model based on existing field data compares favorably with models based on carefully coordinated field campaigns. The quality of the model does not improve by adding repeat measurements in the field and on the satellite, or by using atmospherically corrected images. Two images from different sites show different distributions of lakes dissolved organic carbon concentrations and volumes, but the total dissolved organic carbon storage per landscape unit in the two sites are in the same range. Additional work to link satellite data to lakes sediments carbon content is needed to refine the global carbon budget in the boreal regions.

La baie de Marseille est impactée par des apports d'eau douce issus du Rhône et d'effluents. Leur impact sur la composition et sur la dynamique saisonnière de la matière organique dissoute (DOM) naturelle et anthropique (hydrocarbures et biocides) présente dans le Rhône, delta du Rhône ainsi qu'en baie de Marseille est encore peu documenté. Une partie de la DOM possède des propriétés de fluorescence (FDOM) et peut être caractérisée et quantifiée par spectrofluorimétrie. Le but de cette thèse est d'enrichir les connaissances sur la composition et la dynamique de la FDOM naturelle et anthropique dans les eaux continentales du bassin du Rhône et en Méditerranée côtière nord-occidentale. Des solutions de composés standards ont permis de définir les propriétés de fluorescence (λEx, λEm, temps de vie), les limites de détection d'hydrocarbures et de biocides d'intérêt et de montrer que la spectrofluorimétrie permet de caractériser et de quantifier la FDOM anthropique dans des milieux contaminés. Ces contaminants ont été recherchés dans l'environnement à l'aide de techniques chromatographiques et mis en évidence dans le milieu durant un suivi d'une année. Cependant, la spectrofluorimétrie a réussis de mettre en évidence la présence de contaminants uniquement dans le golf de Fos. Concernant la FDOM naturelle, elle a permis de montrer que la DOM d'origine terrigène prédominait dans les eaux continentales, alors que la DOM produite par l'activité biologique était plus abondante en mer et que le Rhône jouait un rôle majeur en augmentant la quantité de DOM réfractaire et labile par des apports directs et en stimulant la production primaire par des apports de sels nutritifs. / The Marseille bay is impacted by inputs of freshwater from the Rhône River and effluents. Their impact on composition and seasonal variability of anthropogenic (hydrocarbons and biocides) and natural dissolved organic matter (DOM), present in the Rhône river, the Rhône delta and in the Marseille Bay is still poorly documented. A part of the DOM has fluorescence properties (FDOM) and can be characterised and quantified by spectrofluorimetry. The goal of this thesis was to supply knowledge about composition and dynamic of anthropogenic and natural FDOM in inland waters of the Rhône basin and in the North-western coastal Mediterranean Sea. Standard solutions allowed to define fluorescence properties (λEx, λEm, lifetime), detection limits of hydrocarbons and targeted biocides and to show that spectrofluorimetry allow to characterise and to quantify anthropogenic FDOM in contaminated environment. These contaminants were searched in the environment with chromatography analyses and bring out in the environment during a one year monitoring. However, the spectrofluorimetry not succed to bring out contaminants only in the Fos gulf. Concerning natural FDOM, it allowed to show that terrigenous DOM predominated in continental waters, whereas the DOM produced by the biological activity was more abundant in seawater and that the Rhône River played a major role by increasing both refractory and labile DOM through direct inputs and by enhancing the primary production by nutrient inputs.

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

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

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