Les écosystèmes procurent de nombreux services essentiels aux sociétés humaines à travers les effets positifs de la biodiversité des communautés d'espèces. Par conséquent, identifier le rôle des organismes vivants et les facteurs influençant la diversité de leurs fonctions (ou diversité fonctionnelle), est indispensable pour prédire efficacement l'évolution des écosystèmes soumis aux pressions locales et globales.Cette thèse s'articule donc autour de deux axes: (i) établir un cadre méthodologique pour décrire la structure fonctionnelle locale et régionale des communautés, et (ii) améliorer la connaissance de l'impact des poissons sur la dégradation de la matière organique.Dans un premier temps, nous avons consolidé les outils méthodologiques permettant (i) d'améliorer la fiabilité des dendrogrammes fonctionnels, (ii) l'étude comparative des principaux indices de diversité fonctionnelle à l'échelle locale, et (iii) le développement d'une nouvelle décomposition de la diversité fonctionnelle en composantes locale (α), régionale (γ) et turnover (β). Appliqué aux communautés ichthyologiques échantillonnés le long d'un gradient de salinité, dans le système lagunaire de Patos-Mirim (Brésil), ce socle méthodologique nous a permis de révéler une structure fonctionnelle stable le long du gradient, en dépit d'une forte variabilité en composition d'espèces, ces communautés étant structurées majoritairement par un filtre environnemental agissant sur les capacités de locomotion des poissons.Dans un second temps, nous avons étudié l'impact des communautés ichthyologiques sur le cycle des nutriments. Plus précisément, nous avons estimé le potentiel de dégradation de la matière organique de plusieurs espèces de poissons, en étudiant la diversité fonctionnelle et génétique de leur flore bactérienne intestinale. Nous avons montré que les communautés ichthyologiques pouvaient influencer le recyclage des nutriments de façon non négligeable en raison d'un important potentiel de dégradation commun à la plupart des espèces étudiées, ce potentiel étant peu affecté par la diversité génétique ou les facteurs environnementaux. / Ecosystems provide many services essential to Human societies through the positive effects of biodiversity exhibited by species communities. Therefore, identifying the role of living organisms and the factors influencing the diversity of their functions (i.e. functional diversity) is fundamental to accurately predict the evolution of ecosystems undergoing local and global pressures.This thesis is organized around two axes: (i) establishing a methodological framework to describe the functional structure of local and regional communities, and (ii) improving our knowledge of the impact of fish on the degradation of organic matter.First, we have consolidated the methodological tools through (i) the improvement of functional dendrograms reliability, (ii) the comparative study of the main indices estimating local functional diversity, and (iii) the development of a new decomposition of functional diversity into local (α) and regional (γ) components, and functional turnover (β). Applied to fish assemblages sampled along a salinity gradient in Patos-Mirim lagoons complex (Brazil), this methodological framework allowed us to reveal a steady functional structure, despite a high variability in species composition, these communities being primarily structured by environmental filtering acting on fish locomotion abilities.   In a second step, we studied the impact of fish communities on nutrient cycling. More specifically, we estimated degradation of organic matter potential of several fish species by studying the genetic and functional diversity of their intestinal bacterial flora. We showed that the fish community could significantly influence nutrient cycling through an important degradation potential, common to most species studied, which is weakly affected by genetic diversity or environmental factors.

It is increasingly being recognized that the soil microbes can mineralize recalcitrant soil organic matter (SOM) by using the fresh carbon (C) as a source of energy, a process called priming effect (PE). It has been shown mostly in lab incubations that PE can have important consequences for sequestration of organic C in soils. However, the importance of PE in C and N dynamics of ecosystems remains little known. The soil-plant interactions and rhizospheric processes can modulate the rates of PE and its consequences on C and N dynamics in an ecosystem. The objective of this thesis was to determine the role of PE in the C and N dynamics of permanent grasslands and the modulation of this role in response to management (plant clipping, fertilization) and global warming. Moreover, it was aimed to identify the microbial groups involved in PE and to unravel the way, e.g. absorption of N, root exudations and litter deposition, by which plant can induce PE. The thesis was based on a new approach allowing continuous dual labelling of multiple grassland plants with 13C- and 14C-CO2. The dual labelling permitted the separation of soil-derived CO2 from plant-derived CO2, the calculation of PE and the determination of mean age of soil-derived CO2-C. Moreover, phospholipids fatty-acids analysis (PLFA) permitted to correlate the variation of PE with changes in microbial community composition. Our work showed that the increased SOM mineralization under grasses was consistently two to three times more than that in bare soils (i.e. PE) over long term (511 days). This reveals that the PE plays key role in ecosystem CO2-C flux and indicates that a very large pool of SOM is under the control of PE. Moreover, we report that 15,000 years old organic C from an undisturbed deep soil can be mineralized after the supply of fresh C by living plants to soil microbes. This result supports the idea that the SOM in deep soils is stable due to the energy-limitation of microbes and the ‘inert' pool of organic C defined in current models is not so ‘inert' finally. The supply of N in soil-plant system through the use of fertilizer or legume decreased the PE suggesting that the C storage in soils is limited by nutrient supply. Similarly, plant clipping reduced the plant N uptake thereby PE. Collectively these results suggest synchronization between plant N uptake and SOM mineralization supporting the idea that soils under permanent plant cover function as a bank of nutrients for the plant, maximizing plant productivity and nutrient retention. An innovative method clearly showed that the root exudation is the major way by which grassland plants induce PE. Moreover, saprophytic fungi are suggested as the key actors in the mineralization of recalcitrant SOM & PE. Lastly, we developed a new theory on temperature response of SOM mineralization by taking into account the energy-limitation of microbes and the temperature-dependent inactivation of enzymes. This theory predicts a negative relationship between temperature and mineralization of recalcitrant SOM, which was supported by experimental results. This finding challenges the classical paradigm of positive relationship between temperature and recalcitrant SOM mineralization. Overall, these investigations on plant-soil systems reinforce the idea that PE and underlying mechanisms play a key role in ecosystem C and N dynamics and even suggest that this role was underestimated in lab experiments. / It is increasingly being recognized that the soil microbes can mineralize recalcitrant soil organic matter (SOM) by using the fresh carbon (C) as a source of energy, a process called priming effect (PE). It has been shown mostly in lab incubations that PE can have important consequences for sequestration of organic C in soils. However, the importance of PE in C and N dynamics of ecosystems remains little known. The soil-plant interactions and rhizospheric processes can modulate the rates of PE and its consequences on C and N dynamics in an ecosystem. The objective of this thesis was to determine the role of PE in the C and N dynamics of permanent grasslands and the modulation of this role in response to management (plant clipping, fertilization) and global warming. Moreover, it was aimed to identify the microbial groups involved in PE and to unravel the way, e.g. absorption of N, root exudations and litter deposition, by which plant can induce PE. The thesis was based on a new approach allowing continuous dual labelling of multiple grassland plants with 13C- and 14C-CO2. The dual labelling permitted the separation of soil-derived CO2 from plant-derived CO2, the calculation of PE and the determination of mean age of soil-derived CO2-C. Moreover, phospholipids fatty-acids analysis (PLFA) permitted to correlate the variation of PE with changes in microbial community composition. Our work showed that the increased SOM mineralization under grasses was consistently two to three times more than that in bare soils (i.e. PE) over long term (511 days). This reveals that the PE plays key role in ecosystem CO2-C flux and indicates that a very large pool of SOM is under the control of PE. Moreover, we report that 15,000 years old organic C from an undisturbed deep soil can be mineralized after the supply of fresh C by living plants to soil microbes. This result supports the idea that the SOM in deep soils is stable due to the energy-limitation of microbes and the ‘inert' pool of organic C defined in current models is not so ‘inert' finally. The supply of N in soil-plant system through the use of fertilizer or legume decreased the PE suggesting that the C storage in soils is limited by nutrient supply. Similarly, plant clipping reduced the plant N uptake thereby PE. Collectively these results suggest synchronization between plant N uptake and SOM mineralization supporting the idea that soils under permanent plant cover function as a bank of nutrients for the plant, maximizing plant productivity and nutrient retention. An innovative method clearly showed that the root exudation is the major way by which grassland plants induce PE. Moreover, saprophytic fungi are suggested as the key actors in the mineralization of recalcitrant SOM & PE. Lastly, we developed a new theory on temperature response of SOM mineralization by taking into account the energy-limitation of microbes and the temperature-dependent inactivation of enzymes. This theory predicts a negative relationship between temperature and mineralization of recalcitrant SOM, which was supported by experimental results. This finding challenges the classical paradigm of positive relationship between temperature and recalcitrant SOM mineralization. Overall, these investigations on plant-soil systems reinforce the idea that PE and underlying mechanisms play a key role in ecosystem C and N dynamics and even suggest that this role was underestimated in lab experiments.

Notre étude est consacrée à la caractérisation des mécanismes d'adaptation métabolique des neutrophiles au cours de l'inflammation et plus particulièrement au cours de leur recrutement dans les voies aériennes des patients atteints de mucoviscidose (cystic fibrosis ou CF en anglais). Dans la mucoviscidose, nous avons précédemment décrit que les neutrophiles présents dans la lumière du poumon sont viables et soumis à une reprogrammation, notamment via l'activation de la voie anabolique mTOR. Ce travail est fondé sur les propriétés spécifiques de ligands solubles dérivés des domaines liant le récepteur (RBD, pour Receptor-Binding Domain) des glycoprotéines d'enveloppes rétrovirales permettant leur utilisation pour la détection de transporteurs métaboliques à la surface des cellules. Dans un premier temps, nous avons validé l'utilisation de ce nouveau groupe de marqueurs pour identifier et caractériser le phénotype métabolique des leucocytes CF obtenus à partir d'échantillons de différents compartiments (sang et expectorât pulmonaire). Dans un deuxième temps, l'étude de l'expression de ces transporteurs métaboliques sur les neutrophiles sanguins de patients atteints de CF ou de polyarthrite rhumatoïde et de sujets contrôles, a permis la distinction de phénotypes métaboliques au niveau systémique selon différents états inflammatoires. Ensuite, nous avons comparé l'expression des transporteurs métaboliques entre les neutrophiles sanguins et pulmonaires de patients CF et révélé une adaptation métabolique de ces cellules lors de leur recrutement vers les poumons. Enfin, les neutrophiles présents dans les voies aériennes des patients CF présentent une modulation de leur activité transcriptionnelle. De façon surprenante, nos travaux démontrent que malgré leur reprogrammation, les neutrophiles recrutés vers les poumons CF sont fonctionnellement compétents, ajoutant ainsi un nouvel angle d'approche dans l'étude des neutrophiles au cours de l'inflammation, notamment dans le cas de la pathologie pulmonaire liée à la mucoviscidose. / The present study focuses on adaptive metabolic steps adopted by neutrophils during inflammation, particularly during their recruitment into the cystic fibrosis (CF) airways. In CF, we previously described that airway neutrophils are alive and undergo reprogramming, featuring notably the activation of the anabolic mTOR pathway. The present work is based on specific properties of soluble ligands derived from the receptor-binding domains (RBD) of retroviral glycoprotein envelopes, which can be used for the detection of metabolite transporters at the cell surface. First, we validated the use of this new set of markers for the identification and characterization of the metabolic phenotype of CF leukocytes obtained from distinct compartments (blood and sputum). Second, by studying the metabolite transporter expression on blood neutrophils from CF or rheumatoid arthritis patients and control subjects, we distinguished metabolic phenotypes characteristic of specific inflammatory states. Then, we compared metabolite transporter expression between CF blood and airway neutrophils and showed that neutrophils undergo significant metabolic adaptation upon recruitment into the lungs. Finally, we demonstrated that CF airway neutrophils display significant transcriptional modulation and that despite their metabolic reprogramming, they remain functionally competent, thus adding an additional angle of approach to neutrophil studies with regard to inflammation, notably during CF airway disease.

Dans les pays en voie de développement, les évolutions prévues par les organismes internationaux montrent une progression beaucoup plus importante des maladies chroniques non transmissibles, comme le cancer, que des maladies transmissibles. Actuellement, la majorité des études montre que la tendance à l'augmentation de l'incidence et de la mortalité par cancer colorectal est plus marquée dans les sociétés riches que dans les sociétés pauvres. Dans les pays développés le cancer colorectal est au deuxième rang en ce qui concerne la mortalité par cancer et les changements dans les habitudes alimentaires et le mode de vie sont souvent mis en cause dans son développement. Bien que les données épidémiologiques soient rares, les populations de la plupart des pays asiatiques ne sont pas conscientes du risque grandissant que peut constituer pour eux le cancer colorectal. Comme les autres pays en développement, le Cambodge n'a pas de système d'enquête de consommation alimentaire, ni de système de surveillance ou de contrôle des substances chimiques, ni de système d'enregistrement, de contrôle ou de dépistage des cancers. L'objectif de cette recherche était de débuter la première observation d'une relation entre régime alimentaire et cancer colorectal au Cambodge. L'idée générale était d'identifier les aliments grands contributeurs des régimes alimentaires de la population cambodgienne, et de les traduire en calories, nutriments et composés bioactifs en se fondant sur les bases de données existantes. Une étude a également été menée sur les comportements de cette population, en ce qui concerne ses habitudes alimentaires et les modes de préparation des aliments susceptibles de produire des substances cancérigènes telles que des amines hétérocycliques (AH) et du benzo[a]pyrene (BaP). Pour réaliser ce travail de recherche, une enquête de consommation alimentaire a été effectuée à l'aide d'un rappel sur 24 heures et d'un questionnaire de fréquence alimentaire, afin de créer une base de données dédiée pour servir à l'évaluation des risques. Ensuite, une évaluation de l'exposition aux AH et BaP a été effectuée, afin d'établir une hiérarchie du risque que ces substances posent pour cette population d'étude ; celle-ci a été réalisée en croisant les données de consommation alimentaire, obtenues par le biais d'une enquête de consommation alimentaire individuelle exécutée dans ce travail, avec les données de contamination rassemblées à partir des analyses chimiques reportées dans la littérature scientifique récente. Les résultats ont été comparés avec les valeurs toxicologiques de référence. Ils ont montré que les habitudes alimentaires au Cambodge n'ont pas encore changé pour s'adapter à l'alimentation occidentale, et qu'elles offrent plus de composés protecteurs. L'exposition aux contaminants néoformés (AH et BaP) a été plus faible par rapport aux pays régionaux ainsi qu'aux pays développés. La présence de composés endogènes tels que glucides, fibres alimentaires, calcium et vitamine C semble protéger la population cambodgienne du cancer colorectal. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour étudier les interactions entre l'alimentation, le mode de vie et les facteurs génétiques, ainsi que d'autres facteurs également. / From the projection in the future of international bodies, non-communicable diseases such as cancer may increase more than communicable diseases in developing countries. The highlight of this burden may be due to the changing of dietary patterns and lifestyle. Currently, the evolution of food consumption, consumption pattern and colorectal cancer is very worrying worldwide. It is a disease in economically ‘developed' populations, and it is the second killer among other cancers; however, its incidence seems lower in poor countries. As the other developing countries, Cambodia has no system of food survey, no monitoring and control system of chemical substances, and also, there is no control and registration system for cancer. Thus, the objective of this research was to start the first observation of the relationship between dietary pattern and colorectal cancer in Cambodia. The general idea of the study was to identify the dietary patterns, and larger contributors to colorectal cancer in Cambodia, then to translate them into calories, nutrients and bioactive compounds, based on the existing database. Another goal was to assess the difference of dietary habit and cooking methods in the studied population that could lead to the production of colorectal carcinogens such as heterocyclic amines (HAs) and benzo[a]pyrene (BaP). In order to create the food consumption database needed for food risk assessment, a food consumption survey was conducted using 24-hour recall and food frequency questionnaire. A dietary assessment of HAs and BaP has been done, in order to establish a hierarchy of the importance of the risk that these substances represent to the health of this population. Dietary exposures to HAs and BaP were obtained by combining food consumption data, obtained from the individual food survey specially designed and carried out during this research, with the contamination data gathered from chemical analysis reported in the recent literature. The observation results have been compared with the toxicological reference values. The results show that dietary patterns in Cambodia have not changed yet to adapt to the Western diet, and contain higher levels of protected nutrients. The exposure to neoformed contaminants (HAs and BaP) was lower than the values reported among other Asian countries, and lowest as compared to the developed countries. The presence of endogenous compounds such as carbohydrates, dietary fibers, calcium and vitamin C, seems to protect the Cambodian population from colorectal cancer. Further research is needed to study the interaction of diet, lifestyle and the genetic background, and other factors as well.

Ce travail de thèse a pour but d'étudier la fixation d'azote marine dans les environnements riches mais déficitaires en azote (N), comparé au phosphore (P) dans un rapport N:P<16, grâce à l'utilisation d'approches complémentaire en culture in vitro et sur le terrain in situ. La première partie de ce travail a consisté à évaluer la réponse de la fixation d'azote de la cyanobactérie unicellulaire diazotrophe Crocosphaera watsonii face à des concentrations micromolaires en azote inorganique dissous (DIN) supposées inhiber l'activité de fixation d'azote : - suite à un apport sporadique, ou, - après une longue période d'acclimatation. Les résultats de ces études n'ont pas permis d'observer une inhibition des activités de fixation d'azote de cet organisme, laissant supposer que ce processus pourrait être actif dans une zone de l'Océan ayant ces même caractéristiques biogéochimiques : le Sud Est Tropical de l'Océan Pacifique (ETSP). En effet, cette zone est une des trois plus grandes zones de minimum d'oxygène (OMZ) de l'Océan et d'intenses processus de pertes de N (dénitrification et anammox) y ont lieu, résultant en un déficit de N par rapport au P. Des études présumaient que des processus inverses, de gains de N par la fixation d'azote, pourraient y être actifs mais aucune mesure à l'échelle du bassin n'y avait été faite car la fixation d'azote n'était supposée se produire que dans les environnements oligotrophes, comme les gyres subtropicaux. Dans le cadre d'un projet international, des missions océanographiques ont pu avoir lieu dans cette zone en Février 2010 pendant un évènement El Niño et en Mars-Avril 2011 pendant un évènement La Niña. / The objectif of these thesis was to study dinitrogen fixation in marine environments rich but deficient of nitrogen (N) compared to phosphorus (P) in a ratio N:P<16, by using complementary approaches in culture in vitro and in the field in situ. The first part of this work was to evaluate the response of nitrogen-fixing unicellular Cyanobacteria Crocosphaera watsonii faced with micromolar concentrations of dissolved inorganic nitrogen (DIN) supposed to inhibit nitrogen fixation activity : - after sporadic input, or, - after a long period of acclimatization. The results of these studies have failed to observe the inhibition of nitrogen fixation activities of this organism, suggesting that this process could be active in an area of the Ocean with these same biogeochemical characteristics : the Eastern Tropical South Pacific (ETSP). Indeed, this area is one of the three largest oxygen minimum zones (OMZ) of the Ocean, where intense processes of N losses (denitrification and anammox) took place, resulting in a deficit of N compared to P. Studies assumed that the inverse process, gain of N by nitrogen fixation, could be active in the ETSP but no measurements across the basin have been performed because nitrogen fixation was assumed to occur only in oligotrophic environments, such as the subtropical gyres. In the framework of an international project, cruises took place in this area in February 2010 during a El Niño event and in March-April 2011 during a La Niña event. Results of these two cruises have confirmed that nitrogen fixation was unexpectedly active with an intensity comparable to those reported in oligotrophic areas.

Ces dernières décennies, les plantations à croissance rapide sont apparues comme un moyen de répondre à la demande croissante en produits forestiers ligneux et comme une alternative à l'exploitation des forêts naturelles en zone tropicale. Un enjeu majeur est aujourd'hui de garantir la durabilité de ces plantations souvent installées sur sols pauvres et avec de fortes exportations de biomasse tous les 6-7 ans. Les litières présentes à la surface des sols peuvent jouer un rôle crucial sur la fertilité minérale et organique des sols qui conditionnent la productivité à court et long terme de ces écosystèmes tropicaux. L'objectif de ce travail était de comprendre par quels mécanismes le retrait ou l'ajout de litières influencent le développement de plantations d'Eucalyptus. En parallèle de mesures de croissance des arbres, la dynamique de minéralisation d'azote (N) au cours de la décomposition des rémanents a fait l'objet de plusieurs expérimentations. Les flux de nutriments en solution ont été comparés aux stocks initiaux dans les différents compartiments de l'écosystème et à la minéralomasse des arbres à la fin de l'étude. Un bilan de recouvrement de 15N apporté sous forme de rémanents lors de la plantation a été réalisé à l'échelle de la plantation. L'impact de la manipulation des litières sur les stocks de MO du sol a été évalué à partir d'analyses de sol ainsi que d'un partitionnement complet des sources de CO2 émis à la surface du sol. Les résultats de cette thèse montrent que la rétention des rémanents doit être optimisée et l'exportation de biomasse ligneuse compensée par l'apport de fertilisants, la pratique du brûlage doit être prohibée et les feux sauvages évités / In the last decades, fast-growing plantations have emerged as an important option to supply a growing share of the increasing demand for woody forest products and as an alternative to reduce the pressure on tropical rainforests. A major stake is nowadays to ensure the sustainability of these plantations often established on poor soils with large amounts of biomass exported every 6-7 years. Aboveground litters may play a crucial role on the mineral and the organic soil fertility which drive short- and long-term productivity in these tropical ecosystems. The main objective of our study was to identify the mechanisms involved in the Eucalyptus growth response to aboveground litter removal or addition over the two first years after planting. Apart from measurements of tree growth, the dynamic of nitrogen (N) mineralization in decomposing harvest residues has been studied in several experiments. Nutrient fluxes in soil solutions were compared to nutrient stocks initially contained in ecosystem compartments and to nutrient content within trees at age two years. A complete recovery budget of 15N brought within residues at the harvest was made at the stand scale. The long-term impact of aboveground litter manipulations on soil OM stocks was also assessed. Standard soil analyses (C&N) as well as a complete partitioning of soil CO2 efflux were carried out. The qualitative and quantitative dynamics of dissolved OM received special attention. The results show that the rapid release of potassium and the more progressive release of N contained in aboveground litter largely explain tree growth differences observed among OM management treatments. Eucalyptus tree considerably benefit from the nutrient released throughout litter decomposition since losses by deep drainage were very low as a consequence of soil depth and of the very fast development of roots both in the deep soil layers and in the organic layer. Our study also highlighted the large contribution of the topsoil OM (0-15 cm) for the production of nitrate and dissolved OM in gravitational soil solutions. The use of 15N labelling demonstrated that N is initially retained within the organic layer probably by microbial immobilization; transferred in simultaneous and balanced ways between organic residues components (leaves, barks and branches); and finally transported in particulate OM toward the mineral topsoil layer by gravitational water, supplying thus the soil OM pool on which the soil fertility relies. The retention of aboveground litter contributed to maintain soil OM stocks after the clear-cutting while its removal led to an initial decrease in soil OM stocks at the beginning of the rotation, which seemed to be balanced thereafter by litterfall inputs. The addition of litter led to an increase in dissolved OM fluxes in the first 15 centimeters of the soil profile which remained insignificant in comparison with soil OM stocks and exhibited low interactions with soil OM. Despite the rapid recovery of the soil OM pool, some nutrients might limit the productivity of these plantations after several rotations, as a result of repeated biomass exportation. Consequently, the retention of organic residues at the harvest should be optimized and the exportation of woody biomass must be compensated by fertiliser addition, burning of organic residues must be prohibited and wild fires prevented

L'originalité de la thèse est de considérer des catégories de matériaux très divers (matières en suspension, nutriments dissous et totaux, ions dissous) pour des bassins couvrant une grande gamme de variabilité hydrologique (2000 années-stations de concentrations et débits journaliers en France, Europe et Etats-Unis pour des tailles de 600km² à 1 000 000 km²) et en testant 9 méthodes de calcul des flux innovantes ou couramment utilisées. Pour chaque méthode de calcul, la comparaison des flux annuels estimés à partir des suivis discrets et des flux annuels de référence permet d'évaluer les incertitudes en termes de biais et d'imprécisions. Ces incertitudes ont pu être étudiées en lien avec la variabilité hydrologique, hydrochimique et sédimentologique des matériaux. Les résultats de la thèse sont donc de deux ordres : (1) fondamental, avec la mise en relation des incertitudes avec les deux facteurs de contrôle -W2% et b50sup- qui caractérisent les variabilités des débits et des concentrations, (2) appliqué, avec l'optimisation des suivis en terme d'intervalle d'échantillonnage et de durée de calcul des flux et la détermination des incertitudes sur les populations de flux déjà publiées.

La contamination des eaux marines par les apports terrigènes induit de nombreuses perturbations biogéochimiques. La conséquence la plus marquante de ces apports est très certainement le phénomène d'eutrophisation des masses d'eau côtières résultant de l'apport excessif de nutriments et accentuant les efflorescences algales. Néanmoins, la contribution des bassins versants ainsi que l'origine des polluants incriminés restent généralement difficiles à évaluer finement à partir des mesures intermittentes ponctuelles issues des réseaux de surveillance, particulièrement dans le cas d'émissions diffuses. Dans ce cadre, le recours à la modélisation des bassins versants apparaît comme une solution complémentaire pertinente en termes de gestion, notamment de par les possibilités de scénarisation qu'elle offre. En s'appuyant sur un site d'étude localisé en Bretagne Sud, constituant le principal hydrosystème à alimenter le Golfe du Morbihan, le modèle Soil and Water Assessment Tool a été mis en oeuvre sur une période de six ans. Dans une optique opérationnelle, des protocoles de paramétrage ont été établis à partir de référentiels de données courants et différents utilitaires ont été développés afin de favoriser l'exploitation autonome de cet outil par les gestionnaires en charge du suivi et de la gestion des eaux littorales. Cette implémentation a notamment permis de quantifier de manière continue les apports nutritifs terrigènes et d'en déterminer les principales origines. Ainsi, l'identification des bassins versants élémentaires les plus contributeurs, peut constituer un appui pour la désignation de secteurs d'intervention prioritaires pour les actions de reconquête de la qualité des masses d'eau de l'hydrosystème alréen.

Les environnements lagunaires, interfaces entre le continent et l'océan, sont sujets à d'importants apports continentaux qui supportent une forte production biologique. Cette richesse écologique unique en fait des écosystèmes parmi les plus productifs de la planète à l'origine d'une activité économique importante. La gestion et la préservation de ces milieux sont difficiles car l'étude des cycles biogéochimiques est encore incomplète. Dans le cadre de cette thèse, qui s'inscrit dans le Programme National d'Environnement Côtier " Chantier Littoral Atlantique " et l'ANR PROTIDAL, un effort particulier est mis sur le rôle des zones intertidales dans le bilan du métabolisme net du système lagunaire du Bassin d'Arcachon, les processus biogéochimiques aux différentes interfaces et leurs interactions avec les cycles tidaux, les mécanismes pélagiques et le degré de colonisation biologique du substrat à différentes échelles de temps (marée, saison). Il a été démontré que les eaux des chenaux tidaux drainant les platiers intertidaux à marée descendante étaient le résultat de la percolation, diffusion et advection d'eaux interstitielles anoxiques depuis les sédiments vaseux et sableux. Ces eaux sont enrichies en produits de dégradation de la matière organique, tels que l'ammonium, les phosphates, le SCO2, le CH4 et les métaux dissous. Un premier essai de bilan à l'échelle de la lagune démontre l'importance de ce processus de pompage tidal dans le budget global en sels nutritifs de la lagune. La colonisation du substrat par les herbiers de macrophytes apparaît comme un facteur déterminant sur les associations biologiques et les distributions géochimiques des espèces biogènes. Une stratification de l'eau interstitielle est observée sur certains profils reflétant leur production, leur consommation par les processus de minéralisation de la matière organique, leur prélèvement par le système racinaire des macrophytes, et des mécanismes de transports biologiques ou physiques. A la différence des sédiments subtidaux et stationnaires, dans lesquels la diffusion moléculaire est le premier mécanisme de transport des solutés, la distribution verticale géochimique dans les sédiments intertidaux est dominée par la bioirrigation et les interactions avec les macrophytes, conférant une très forte hétérogénéité spatiale et saisonnière. Une interaction très forte entre les cycles du fer et du phosphore avec la dynamique annuelle de ces herbiers a été découverte, précisant que le rapport entre la surface couverte par les herbiers et celle non-végétalisée est un paramètre majeur du bilan de masse en phosphore dans le Bassin d'Arcachon. Ce travail propose également la première estimation d'un bilan des sources, puits et flux de méthane aux différentes interfaces dans le Bassin d'Arcachon et dans un environnement lagunaire tempéré. Les rivières et les sédiments lagunaires représentent les deux sources pour la colonne d'eau. L'essentiel du méthane produit est oxydé dans les sédiments par les sulfates entrainant de faibles flux benthiques. Les flux atmosphériques depuis les eaux et les sédiments du Bassin d'Arcachon sont faibles en comparaison à ceux estimés dans d'autres systèmes côtiers. Ce bilan montre que la totalité du CH4 apporté par les rivières et diffusé depuis les sédiments vers la colonne d'eau de la lagune, est transférée vers l'atmosphère au cours de la résidence des eaux dans la lagune, et que cet écosystème est une source nulle de méthane pour l'océan côtier ouvert.

It is increasingly being recognized that the soil microbes can mineralize recalcitrant soil organic matter (SOM) by using the fresh carbon (C) as a source of energy, a process called priming effect (PE). It has been shown mostly in lab incubations that PE can have important consequences for sequestration of organic C in soils. However, the importance of PE in C and N dynamics of ecosystems remains little known. The soil-plant interactions and rhizospheric processes can modulate the rates of PE and its consequences on C and N dynamics in an ecosystem. The objective of this thesis was to determine the role of PE in the C and N dynamics of permanent grasslands and the modulation of this role in response to management (plant clipping, fertilization) and global warming. Moreover, it was aimed to identify the microbial groups involved in PE and to unravel the way, e.g. absorption of N, root exudations and litter deposition, by which plant can induce PE. The thesis was based on a new approach allowing continuous dual labelling of multiple grassland plants with 13C- and 14C-CO2. The dual labelling permitted the separation of soil-derived CO2 from plant-derived CO2, the calculation of PE and the determination of mean age of soil-derived CO2-C. Moreover, phospholipids fatty-acids analysis (PLFA) permitted to correlate the variation of PE with changes in microbial community composition. Our work showed that the increased SOM mineralization under grasses was consistently two to three times more than that in bare soils (i.e. PE) over long term (511 days). This reveals that the PE plays key role in ecosystem CO2-C flux and indicates that a very large pool of SOM is under the control of PE. Moreover, we report that 15,000 years old organic C from an undisturbed deep soil can be mineralized after the supply of fresh C by living plants to soil microbes. This result supports the idea that the SOM in deep soils is stable due to the energy-limitation of microbes and the 'inert' pool of organic C defined in current models is not so 'inert' finally. The supply of N in soil-plant system through the use of fertilizer or legume decreased the PE suggesting that the C storage in soils is limited by nutrient supply. Similarly, plant clipping reduced the plant N uptake thereby PE. Collectively these results suggest synchronization between plant N uptake and SOM mineralization supporting the idea that soils under permanent plant cover function as a bank of nutrients for the plant, maximizing plant productivity and nutrient retention. An innovative method clearly showed that the root exudation is the major way by which grassland plants induce PE. Moreover, saprophytic fungi are suggested as the key actors in the mineralization of recalcitrant SOM & PE. Lastly, we developed a new theory on temperature response of SOM mineralization by taking into account the energy-limitation of microbes and the temperature-dependent inactivation of enzymes. This theory predicts a negative relationship between temperature and mineralization of recalcitrant SOM, which was supported by experimental results. This finding challenges the classical paradigm of positive relationship between temperature and recalcitrant SOM mineralization. Overall, these investigations on plant-soil systems reinforce the idea that PE and underlying mechanisms play a key role in ecosystem C and N dynamics and even suggest that this role was underestimated in lab experiments.