Located in the far western equatorial Pacific, the Western Pacific Warm Pool (WPWP) is a greater than 10 million km² area of the warmest water on the planet. The WPWP therefore facilitates intense atmospheric convection and participates in coupled ocean-atmosphere climate phenomena such as El Niño Southern Oscillation, regional monsoons, and the shifting Intertropical Convergence Zone. The WPWP is also a water mass crossroads where thermocline-depth western boundary currents (WBCs) such as the New Guinea Coastal Undercurrent (NGCUC) facilitate the transfer of mass, heat, and nutrients vertically, zonally, and meridionally in the ocean. In this dissertation I focus mostly on reconstructing WPWP upper ocean temperature, salinity, nutrient, and productivity dynamics via a suite of physical and geochemical paleoclimate proxies. I apply these proxies in bulk sediments and planktic foraminifera from International Ocean Discovery Program (IODP) Site U1486 over the Pleistocene (2580 ka to 11.7 ka) and Holocene (11.7 ka to present). Site U1486 is located at 2°22’S, 144°36’E in the Bismarck Sea north of New Guinea in the southern WPWP, and is ideally situated to track changes to the WPWP upper water column forced by the South Pacific. The presence of glacial-interglacial (G-IG) variability within WPWP records is particularly important for determining local versus high-latitude climatic influences on the WPWP – with climate shifts such as the mid-Pleistocene Transition (MPT; ~1250 – 700 ka) and mid-Brunhes Event (MBE; ~430 ka) of particular interest in the long-term records I present. In chapter 1, I explore the paleoceanography of the low-latitude Pacific via upper ocean nitrate dynamics. I present a new bulk sediment ẟ¹⁵N record from Site U1486 that spans from 1420 to 0.67 ka – over a million years longer than any nearby records. Via analysis of orbital variability and secular trends at Site U1486 and in records directly along the equator in the Pacific, I find that nitrate dynamics were largely unrelated in the two regions in the Middle and Late Pleistocene. Whereas ẟ¹⁵N at Site U1486 is in line with patterns of eastern Pacific denitrification, increasing ẟ¹⁵N after the MPT at sites located directly along the equator appears linked to increasing Southern Ocean nitrate utilization. Enhanced nitrate utilization is an indicator of a strengthened biological pump – a major contributor to the reduction of atmospheric 𝑝CO₂ during the last glacial. A post-MPT increase in nitrate utilization may therefore point to the Southern Ocean biological pump as a driver for the deeper and longer glacial periods of the 100-kyr world after the MPT. In Chapter 2, I investigate changes in the vertical temperature and salinity structure of the southern sector of the WPWP in relation to the upper ocean’s response to climate change. When combined with Mg/Ca paleotemperatures and δ¹⁸O_sw, my 670-kyr record of Δẟ¹⁸O between the surface-dwelling foraminifera Globigerinoides ruber (sensu stricto) and the thermocline-dwelling foraminifera Pulleniatina obliquiloculata and Globorotalia tumida suggests enhanced thermocline shoaling and a progressively increasing vertical salinity gradient commencing near 240 ka. This secular change in upper water column dynamics does not appear to be associated with previously documented changes in G-IG variability such as the MPT or MBE. Via comparison to other records, I identify widespread cooling of the thermocline in the equatorial Pacific after ~240 ka. After combining these reconstructions with ²³⁰Th-derived focusing factors I validate previous model results indicating obliquity-driven strengthening of low-latitude ocean currents and extend this to imply the periodic increased transport of high-salinity thermocline water masses. These results strengthen previous evidence that the structure of the WPWP thermocline is relatively independent from the drivers of climate at the surface and support that variability in WPWP thermocline circulation is substantially influenced by obliquity. Because of the nitrate dynamics in the Bismarck Sea, bulk sediment ẟ¹⁵N cannot be used to reconstruct productivity. However, chapter 3 constrains variability in productivity via the analysis of new ²³⁰Th-normalized records of preserved biogenic flux and its components at Site U1486 over the last 138 kyr. Here, I assess the drivers of variability in paleo-productivity by reconstructing paleo-stratification, as in the modern Bismarck Sea productivity is stimulated by the delivery of nutrients to the surface during increased upwelling (reduced stratification). Paleo-stratification is approximated by calculating upper ocean density gradients between the calcification depths of G. ruber, P. obliquiloculata, and G. tumida using Mg/Ca temperatures and δ¹⁸O_sw-estimated salinity. Decreased paleo-stratification (a reduced vertical density gradient) was associated with increased productivity and is generally in phase with maximum orbital precession. Paleo-productivity therefore appears to respond to monsoonal increases in coastal upwelling when the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) was at its southernmost extent. This illustrates that the unique and more direct method of constraining stratification presented here, which is subject to greater uncertainty, yields results consistent with our current understanding of upper ocean dynamics. I also identify a period between 100 and 60 ka during a potential reorganization of the upper water column in which variability in productivity occurs at a higher frequency than that of precession. Finally, while also related to ITCZ shifts, a nearby record closer to the equator is phase-lagged from Site U1486 – emphasizing the fine-scale regional differences in the drivers of primary productivity in the WPWP.

Detailed understanding of the kinetics and mechanisms of heterogeneous reactions between gas-phase nitrate radicals, a key nighttime atmospheric oxidant, and organic particles will enable scientists to predict the fate and lifetime of the particles in the atmosphere. In an effort to acquire knowledge of interfacial reactions of nitrate radical with organics, model surfaces are created by the spontaneous adsorption of methyl-/vinyl-/hydroxyl-terminated alkanethiols on to a polycrystalline gold substrate. The self-assembled monolayers provide a well-defined surface with the desired functional group (-CH3, H2C=CH-, or HO-) positioned precisely at the gas-surface interface. The experimental approach employs in situ reflection-absorption infrared spectroscopy (RAIRS) to monitor bond rupture and formation while a well-characterized flux of NO3 impinges on the organic surface. Overall, the reaction kinetics and mechanisms were found to depend on the terminal functional group of the SAM and incident energy of the nitrate radical (NO3). For reactions of the H2C=CH-SAM with NO3, the surface reaction kinetics obtained from RAIRS reveals that the consumption rate of the terminal vinyl groups is nearly identical to the formation rate of a surface-bound nitrate species and implies that the mechanism is one of direct addition to the vinyl group rather than hydrogen abstraction. Upon nitrate radical collisions with the surface, the initial reaction probability for consumption of carbon-carbon double bonds was determined to be (2.3 ± 0.5) -- 10-3. Studies of reactions of HO-SAM with the effusive source of NO3 suggest that the reaction between NO3 and the HO-SAM is initiated by hydrogen abstraction at the terminal - 'CH2OH groups with the initial reaction probability of (6 ± 1)-- 10-3. An Arrhenius plot was obtained to measure the activation energy of the H abstraction from the HO-SAM. Further, for reactions of the HO-SAM with the high incident energy of NO3 molecules created by molecular beam, the reaction probability for H abstraction at the hydroxyl terminus was determined to be ~0.4. The significant increase in the reaction probability was attributed to the promotion in the ability of NO3 abstracting hydrogen atom at the methylene groups along hydrocarbon chains. The reaction rates of NO3 with the model organic surfaces that have been investigated are orders of magnitude greater than the rate of ozone reactions on the same surfaces which suggests that oxidation of surface-bound organics by nighttime nitrate radicals may play an important role in atmospheric chemistry despite their relative low concentration. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) data suggests that oxidation of the model organic surfaces by NO3 leads to the production of organic nitrates, which are stable for a period time. In addition, the effect of background gases on reactions of NO3 with model organic surfaces needs further investigations at atmospheric pressures. The results presented in this thesis should help researchers to predict the fate and environmental impacts of organic particulates with which nitrate radicals interact. / Ph. D.

This study addresses the critical environmental issue of elevated nitrate levels in water bodies, primarily due to excessive use of nitrogenous fertilizers and improper waste disposal. It focuses on reducing nitrate concentrations in polluted water to permissible levels through the effectiveness of hybrid materials in nitrate adsorption. We synthesized nine amino-functionalized adsorbents using grafting and sol-gel techniques. Batch adsorption tests confirmed the high nitrate adsorption capacities of these adsorbents, with sol-gel materials showing the highest efficiency due to their abundant amino group contents. Among these, the surfactant-free, sol-gel adsorbent was the most effective, combining ease of synthesis with cost-efficiency. Our study of temperature dependence revealed optimal nitrate removal at ambient conditions and decreased capacity at higher temperatures. These adsorbents remained highly efficient over five adsorption/regeneration cycles. This research significantly advances efficient nitrate removal methods, presenting a promising approach for environmental remediation.

L'agriculture intensive et l'élevage industriel sont les principaux responsables d'accidents environnementaux, tels que l'eutrophisation, par le biais de leurs rejets combinés (effluents agricoles, lisiers), trop riches en nutriments azotés et phosphoriques, qui se retrouvent comme des polluants dans les eaux souterraines et de surface. Dès lors, le traitement de ces effluents avant leur déversement dans la nature reste l'action préventive la plus appropriée. Le traitement biologique, actuellement plus utilisé, a comme inconvénient majeur, une production importante de boue qui pose des problèmes de stockage et de manipulation. Ce qui nous a amené à proposer l'adsorption, comme une alternative à ce traitement biologique, qui présente des avantages comme la facilité d'exploitation et la possibilité de recyclage des nutriments adsorbés. Dans ce projet, on s'était donné comme objectifs la synthèse et l'expérimentation d'un adsorbant d'ions nitrate qui est, en fait un organosilicate mésoporeux de type SBA-15. L'adsorbant a d'abords subit différentes analyses de caractérisation comme la MET, FT-IR, DRX et la titration avant d'être expérimenté en batch dans des solutions aqueuses synthétiques d'ions nitrate. Au cours de ces expérimentations, différents paramètres ont été variés l'un après l'autre afin de fixer les optima de fonctionnement de l'adsorbant. L'optimisation de ces paramètres nous a révélé que la capacité d'adsorption de l'adsorbant augmentait avec la diminution de la température (processus exothermique) et qu'à 5°C, on pouvait atteindre une capacité d'adsorption maximale de 55,75 mg de NO₃"/ gramme d'adsorbant. La charge optimale de 3,5 g d'adsorbant/L s'est trouvée être celle qui permettait le meilleur taux d'enlèvement coïncidant avec la plus importante capacité d'adsorption. Le pH de fonctionnement optimal de l'adsorbant est égal à son pKa, c'est-à-dire 4,5. Les anions divalents comme les sulfates et les carbonates sont les ions qui gênent le plus l'adsorption des ions nitrate. Quant à l'effet des acides organiques, on a noté que les acides humiques gênaient considérablement l'adsorption des ions nitrate, contrairement à l'acide phytique qui a amélioré significativement leur adsorption. Les modélisations exercées sur les données expérimentales ont permis de déterminer les paramètres thermodynamiques qui régissent le processus d'adsorption, ainsi que les modèles qui expliquent le mieux les résultats expérimentaux, à savoir les modèles de Langmuir et celui de Temkin.

L’ablation laser est une technique éprouvée pour la fabrication de nanoparticules qui possèdent la composition et les propriétés du matériel original. La plupart des expériences sont réalisées en focalisant des impulsions laser UV à la surface d’une cible monoatomique, soit un métal ou un semi-conducteur. La technique présentée se concentre plutôt sur l’utilisation d’un laser femtoseconde pour faire l’ablation de saphir dopé au titane, Ti3+: Al2O3 ou Ti: saphir. Le Ti: saphir est employé comme milieu de gain dans plusieurs oscillateurs ou amplificateurs laser et possède comme avantage la production d’impulsion ultrabrèves dans l’infrarouge proche. Dans le cadre de ce mémoire, la production de nanoparticules de Ti: saphir par ablation laser est réalisée à l’aide de deux méthodes différentes, la première étant l’ablation dans une enceinte à pression fixe et la deuxième par ablation et transport à l’aide d’un gaz dans une zone à haute température puis par récupération des particules par impact. Des observations au MEB et au MET permettent d’affirmer que les particules et agrégats de particules produits ont une taille qui varie entre 5 et 200 nm, avec quelques particules de plus grande taille. Les particules produites à pression fixe semblent amorphes et possèdent un spectre de fluorescence décalé vers le bleu, tandis que les particules transportées dans la zone à haute température semblent mieux cristallisées et possèdent un spectre qui se rapproche davantage de celui du matériel original. Des expériences de production de nanoparticules de rubis (Cr3+: Al2O3) ont également été réalisées à l’aide de la méthode de combustion de nitrates. Cette méthode a permis de produire facilement de grandes quantités de particules significativement agglomérées avec une fluorescence très forte. / Pulsed laser ablation is a well-known technique for the production of nanoparticles that possess the same composition and properties as of the original material. Most of the experiments are done by focusing UV laser pulses on the surface of a monoatomic metallic or semiconductor targets. The technique presented in this work focuses on the use of femtosecond laser pulses to initiate the ablation of titanium doped sapphire, Ti3+: Al2O3 or Ti:sapphire. Ti:sapphire is a well-known laser gain medium, commonly used in femtosecond oscillators or amplificators. In the course of this thesis, pulsed laser ablation of Ti: sapphire and nanoparticle production were made possible by the use of two different methods. The first experiments took place in a vacuum chamber under constant pressure. The second setup used a flow of low pressure helium gas to transport the particles in a high temperature environment before they were collected. SEM and TEM observations lead to the conclusion that the produced particles and particle agglomerates were between 5 and 200 nm in diameter, with a few larger particles. Particles produced in a fixed pressure seem amorphous and their fluorescence spectra are generally blue-shifted. Particles that were passed in the high temperature volume seem to have undergone better crystallization and their spectra are closer to the spectrum of bulk Ti: sapphire. Cr3+: Al2O3 (ruby) nanoparticles were also produced with the low temperature nitrate combustion synthesis method. These experiments produced large quantities of highly agglomerated nanoparticles with very strong fluorescent properties. The fluorescent properties are similar of those of bulk ruby.

L'objectif principal de cette maîtrise était de développer des formulations d'épices capables de remplacer les nitrites et nitrates dans les produits carnés tout en gardant la même durée de conservation que ces derniers ainsi que leurs propriétés organoleptiques, antibactériennes et antioxydantes. Un criblage qualitatif puis quantitatif des épices a été réalisé et trois épices ont été sélectionnées, les clous de girofle, le cumin et la cannelle. Puis, des poudres de fruits ont été testées pour approcher la couleur rosée que donnent les échantillons contenant les nitrites. L'analyse sensorielle effectuée par la suite a fait ressortir le caractère sucré de la poudre de fruit et des propriétés très intéressantes de certaines formulations par rapport à l'ajout des nitrites. Enfin, une analyse technico-économique a été réalisée et a montré une très faible augmentation du coût de production des produits carnés en utilisant nos formulations d'épices et de poudre de fruit. / The aim of this study was to develop formulations that can replace nitrates and nitrites in meat-based products while keeping the same shelf life as nitrites and also, their organoleptic, antimicrobial and antioxydant properties. A qualitative and quantitative screening of spices have been made and three spices were selected, cloves, cumin and cinnamon. Different fruit powders were tested to get closer to the pinkish color which nitrites give to meats. Then, an organoleptic tests were performed on a panel of tasters and the results have helped identify the sweetness of the variety of fruit powder and very interesting sensory properties of several formulations in relation to the addition of nitrites. Finally, a techno-economic analysis was performed and showed a small increase in cost of production of meat products using spices and fruit powder, due to a slight increase in the cost of raw materials.

La gestion de l'azote (N) et de l'irrigation sont des facteurs importants affectant les pertes de N par lessivage de nitrates dans la production de pomme de terre (Solanum tuberosum L.) sur des sols à texture grossière. L'objectif de cette thèse était d'étudier l'effet de la fertilisation azotée (dose et source) sur le lessivage intra-saisonnier et la teneur en nitrates du sol (RSN) ainsi que le rendement total (TY) et commercialisable (MY) dans la pomme de terre irriguée et non-irriguée cultivée en sols sableux. Une expérience de 5 ans (2008-2012) et une autre de 3 ans (2013-2015) ont été menées pour comparer l'application de l'urée enrobée de polymères (PCU) à la plantation avec celle fractionnée d'engrais azotés solubles à plusieurs doses équivalentes. Les résultats ont montré que, lorsque les déficits en eau sont faibles durant la saison de croissance, il ne résulte aucun avantage à apporter de l'eau supplémentaire par irrigation. L'irrigation a augmenté le lessivage intra-saisonnier des nitrates de 52%, mais n'a eu aucun effet sur le TY et le MY. Les rendements total et commercialisable n'ont pas répondu à la fertilisation azotée en raison d'un apport élevé en N du sol. Cependant, l'augmentation de la dose de N a entrainé une augmentation du lessivage intra-saisonnier de nitrates et du RSN. À doses équivalentes, l'apport du PCU a produit un TY et MY similaires par rapport à l'apport fractionné d'engrais conventionnels solubles. Les résultats ont montré que l'efficacité du PCU pour réduire le lessivage intra-saisonnier variait en fonction de la distribution des précipitations et de la période d'irrigation en raison des caractéristiques de libération de l'azote. L'apport du PCU au moment de la plantation était efficace pour réduire le lessivage intra-saisonnier lorsque les précipitations étaient élevées entre la plantation et le buttage. Le mélange PCU + urée appliqué à la plantation a entrainé une réduction du TY et du MY par rapport au PCU et aux engrais conventionnels solubles en raison d'une croissance végétative excessive et d'un retard dans l'initiation des tubercules. Par ailleurs, à doses équivalentes, le PCU+urée a augmenté le lessivage intra-saisonnier des nitrates en comparaison au PCU et aux engrais solubles appliqués. Les résultats ont aussi montré que le RSN était un bon indice du potentiel de lessivage post-récolte des nitrates dans la pomme de terre. Les pertes de N après la saison de croissance étaient plus élevées lorsque le RSN mesuré à l'automne était élevé. Le PCU+urée a été introduit dans le but de diminuer le risque de lessivage post-récolte lié à l'application du PCU. Toutefois, les résultats ont indiqué que l'application du PCU à la plantation, seul ou mélangé avec un engrais soluble, augmentait le risque de lessivage post-récolte par rapport aux engrais solubles. Globalement, les résultats de cette thèse suggèrent que la réduction de la dose de N est plus importante que le choix de la source de N pour minimiser le lessivage des nitrates. / Nitrogen (N) management and irrigation are important factors affecting yield and N losses through nitrate-N (NO₃-N) leaching in potato (Solanum tuberosum L.) production on sandy soils. The objective of this thesis was to investigate the effect of N fertilization (rate and source) on total (TY) and marketable (MY) yields, in-season NO₃-N leaching, and residual soil NO₃-N (RSN) for potatoes grown on sandy soils under two irrigation regimes (irrigated and non-irrigated). Two field experiments were conducted to compare split-applied conventional soluble N fertilizers (ammonium sulfate, ammonium nitrate, and calcium ammonium nitrate) and polymer-coated urea (PCU) products at several N rates during five (2008-2012) and three (2013-2015) years, respectively. The results showed that there was no benefit from additional water by irrigation when water deficits were low. Irrigation increased in-season NO₃-N leaching by 52% but had no effect on TY and MY. Results from the 3-year field experiment showed that TY and MY response to N fertilization were not significant when soil N supplied by soil N mineralization was high. However, increasing the fertilizer N rate increased in-season NO₃-N leaching and RSN. A single application of PCU resulted in similar TY and MY as split-applied conventional soluble N fertilizers at equivalent N rates. Results from both field experiments suggest that the potential of PCU to reduce in-season NO₃-N leaching may vary according to rainfall distribution and irrigation timing due to the N-release characteristics of the PCU. Application of PCU at planting was an effective strategy to reduce in-season NO₃-N leaching when there was significant rainfall during the period between planting and hilling. The results also indicated that PCU+urea applied at planting may reduce TY and MY compared to PCU and conventional soluble N fertilizers due to excessive vegetative growth and delayed tuber initiation. Furthermore, PCU+urea increased in-season NO₃-N leaching relative to PCU and conventional soluble N fertilizers applied at equivalent N rates. Residual soil NO₃-N was an effective index of the potential soil NO₃-N losses in the non-growing season, as overwinter NO₃-N losses were generally higher with greater RSN. The results indicated that a single application of PCU, alone or mixed with a conventional soluble N fertilizer at planting increases the risk of NO₃-N leaching in the non-growing season in comparison to conventional soluble N fertilizers. The overall results suggest that reducing the fertilizer N rate is more important than the choice of N sources to minimize NO₃-N leaching from potato production.

Cette recherche analyse les performances de différents estimateurs de la charge en nitrate à l'aide d'observations expérimentales sur deux petits bassins versants agricoles. Ces observations sont les valeurs moyennes, sur une base quotidienne, de la concentration en nitrate et des débits à l'exutoire du bassin versant. La charge réelle a été calculée à l'aide d'une somme finie après avoir complété par interpolation linéaire les valeurs manquantes des bases de données de chaque bassin versant. Puisque les bases de données sont des séries temporelles provenant de deux bassins versants, elles ont / té comparées en divisant la plus longue série en segments égaux et équivalents à la plus courte. Le logiciel MATLAB a servi à calculer les estimations de la charge en nitrate en utilisant des simulations de Monte Carlo de l'échantillonnage des concentrations. Les débits moyens à l'exutoire ont été utilisés sur une base quotidienne pour calculer les estimations de la charge en nitrate. Onze séries temporelles ont été analysées. Une analyse de variance utilisant le facteur aiéatoire "série temporelle" montre que, pour les deux bassins versants à l'étude, une méthode d'intégration utilisant l'interpolation linéaire des concentrations était systématiquement plus précise que les autres estimateurs de la charge en nitrate mis à l'épreuve, et significativement différente. Un total de onze séries temporelles de 600 jours, une du Québec et dix de la France, servent à généraliser les résultats à des bassins versants ayant des caractéristiques physiques similaires.

Les pertes de fertilisant azoté utilisé en agriculture sont parmi les principaux polluants impliquées dans la dégradation de la qualité de l’eau au Québec. Sous couvert de grande culture, les nitrates lessivés peuvent atteindre 185 kg ha-1. Synchroniser la fertilisation azotée avec le prélèvement des cultures serait une manière d’optimiser l’utilisation de l’azote et ainsi de réduire le lessivage de nitrate. La modélisation déterministe du cycle de l’azote couplé à un modèle de dynamique de l’eau dans le sol pourrait aider à cette optimisation. Les objectifs de l’étude étaient : (1) de développer un modèle empirique de production de nitrate à la surface du sol, (2) de combiner ce modèle avec HYDRUS afin de prédire la quantité de nitrate lessivé vers les drains et (3) d’évaluer la contribution de l’azote fourni par la matière organique du sol au lessivage de nitrate. Dans cette étude, nous avons utilisé des équations d’estimations des pools d’azotes et de leurs transformations. Les équations ont été combinées en 60 patrons de relâchement du N utilisant une fonction de mise en solution de N pour le nitrate, 4 fonctions pour l’ammonium, 5 pools d’azote organique du sol et 3 fonctions de relâchement de N de l’azote organique du sol et des lisiers. Ces patrons de relâchement de N ont été appliqués dans un traitement de fertilisation minérale et quatre traitements de fertilisation organiques pour un total de 300 patrons uniques de relâchement de nitrate. Les résultats démontrent que les méthodes d’évaluation des contributions des formes d’azote basées sur des données atmosphériques, de rotation de culture ou de granulométrie du sol peuvent mener à des résultats intéressants. La méthode de prédiction doit être différente si le fertilisant appliqué sur la parcelle est organique ou minéral. / Agricultural nitrogen fertilizer losses are among the main pollutants involved in water quality degradation in Quebec. Under maize crop, leached nitrate can reach up to 185 kg ha-1. Synchronizing nitrogen fertilization with crop uptake would be a way to optimize the use of nitrogen fertilizer and reduce nitrate leaching. The process-oriented modeling of the nitrogen cycle coupled with a soil water model could contribute to simplifying the optimisation of nitrogen fertilizer use. The objectives of this study were to: (1) to determine the most suitable soil surface empirical nitrate production model, (2) to couple this model with HYDRUS in order to predict nitrate leaching into subsurface drains, and (3) to evaluate the soil organic nitrogen contribution to nitrate leaching. In this study, we used nitrogen pools and transformations in governing mass balance equation. The equations were combined into 60 N-release patterns taking into account one dissolution function of nitrate, 4 transformation and dissolution functions for the ammonium, 5 organic nitrogen pools and 3 N organic nitrogen from the soil and manure release functions. These N release patterns were applied for a mineral fertilizer treatment and four organic fertilizer treatments for a total of 300 unique nitrate release patterns. The results demonstrate the accuracy of the methodological framework to evaluate the contributions of nitrogen based on atmospheric data, crop rotation or soil particle size. The prediction method must be different if the fertilizer applied to the plot is organic or mineral. In addition, the study showed that the soil organic nitrogen contribution tends to decrease as the organic fertilizer application rates increases. The simulations also showed that the nitrate masses leached are closely related to the fertilizer supply nitrogen content.

Le lessivage des nitrates, la contamination de la nappe phréatique et l’eutrophisation des cours d’eau figurent parmi les enjeux planétaires qui affectent la durabilité de l’agriculture et des ressources naturelles. Ce mémoire présente le développement d’une première génération d’un nouveau senseur électrochimique pour le dosage de précisions des nitrates. Celui-ci est basé sur la spectroscopie d’impédance électrochimique d’une membrane polymérique sélective aux ions. Grâce à cette approche, un senseur compact et abordable a été produit. Par son utilisation en solutions aqueuses et en substrats de croissance saturés, il a été montré que le senseur permettait de quantifier des ajouts contrôlés de nitrates allant de 0,6 ppm à 60 ppm. La mise en application en substrat de croissance a pu être étudiée en comparaison avec des méthodes certifiées ISO 17025 visant l’analyse de ces substrats. Le senseur a aussi montré une grande versatilité par son utilisation sur divers appareils de mesure d’impédance. En plus, il a démontré une stabilité possible suite à une implantation d’un mois directement en substrat de croissance sous les variables environnementales d’une pépinière forestière. Par l’étude du spectre d’impédance du senseur en solutions pures de différentes concentrations, il a aussi été possible de proposer le circuit électrique équivalent du système, qui met en évidence deux parcours compétitifs du courant, un au coeur de la membrane et un deuxième en solution. Les résultats de ces travaux sont au coeur de deux publications scientifiques dont le manuscrit est inclus à ce mémoire. Pour finir cette étude, des suggestions seront faites pour guider l’amélioration du senseur par le développement d’une deuxième génération de celui-ci. / The nitrate leaching represent a serious problematic because of ground water contamination, surface water eutrophication and soil degradation. The need for a better quantification tools to acquire data on the use of fertilizer is for great interest. This thesis presents the development of the first generation of a new electrochemical sensor for nitrate quantification based on the electrochemical impedance spectroscopy of an ion selective polymeric membrane. With this approach, a compact and cheap sensor has been produced. By its usage in aqueous solution and saturated growing media, it has been shown that the sensor allows the quantification of controlled nitrate additions from 0.6 ppm to 60 ppm. The practical application in growing media has been compared to ISO-17025 certified methods of growth medium analysis. Moreover, the sensor showed great versatility by its compatibility to many impedance measurement apparatus. Also, it has shown great stability under variables environmental condition during one month in a forest nursery. Through the impedance spectra obtained in pure solution at different concentrations, an equivalent electrical circuit has been established for the system, showing two competitive pathways for the current. The first one is going through the membrane and the second is reaching into the solution. The results of these experiments are reported in two scientific publications and included in this thesis. In conclusion, a second generation of sensor is needed to improve the quality performance regarding their selectivity and temporal stability.