Le but de ce travail est le développement d’un modèle 1D pour la simulation du fonctionnement d’un chenal d’oxydation. Le couplage du modèle hydrodynamique et des cinétiques biologiques permettront une meilleure description du procédé. L’hydrodynamique dans le chenal est modélisée par un réacteur piston à dispersion axiale. Le transfert d’oxygène et les réactions biologiques sont aussi intégrés dans le modèle. Les réactions biologiques sont représentées par le modèle biologique ASM1 développé par Henze 1987 tenant compte de la dégradation du carbone et celle de l’azote. C’est un modèle tout à fait adapté pour la modélisation des processus biologique mis en jeu dans un chenal d’oxydation partiellement aéré. La validation du modèle développé a été effectuée par la comparaison avec les mesures effectuées sur une installation pilote de volume 1 m3 (Lesage 2002). Cette validation est faite en trois étapes : validation de l’hydrodynamique par la simulation de la distribution du temps de séjour, validation du transfert d’oxygène par la simulation de remontée d’oxygène en eau claire et validation du modèle biologique par la simulation de la réponse réspiromètrique. Le modèle développé est ensuite utilisé pour la simulation du fonctionnement d’une station à taille réelle celle de Mahrès (1300 m3). Des mesures des concentrations en oxygène dissous dans le chenal de Mahrès ont permis de distinguer une hétérogénéité spatiale et temporelle. La simulation à échelle réelle consiste à reproduire ces gradients de concentrations existant au sein du chenal après la détermination des paramètres du modèle par le biais de mesures expérimentales sur la station citée et par le calage du modèle cinétique de dégradation de l’azote. Ce travail dénote l’importance du modèle développé pour la simulation d’un procédé à boue activée avec une hydrodynamique particulière et une aération par alternance de zone où la zone anoxie est nécessaire pour la réaction de dénitrification / The aim of this study is to obtain a validated model for the description of an oxidation ditch system, which could be used as a decision tool. A spatio-temporal 1D model which integrates hydrodynamic, oxygen transfer and biologic kinetics was developed. This work provides a prediction of COD and nitrogen fractions and dissolved oxygen concentrations described by widely used ASM1 model (Henze et al., 1987). This model was validated on the experimental result obtained by a campaign measurement in lab scale activated sludge study having a volume of 1m3 (Lesage, 2002). This validation is made in three steps: hydrodynamic validation by the simulation of the residence time distribution, oxygen transfer validation by simulating oxygen rise in clear water and the biological model validation by the simulation of oxygen uptake rate. The model developed was used to simulate a full scale plant of 1300 m3. Such model can well predicts the plug flow behavior of dissolved oxygen exiting in large scale oxidation ditch and has the ability to simulate dynamic behavior of wastewater components. The full scale simulation is done after model parameters identification and calibration of nitrogen kinetics model parameters. This model can be used to perform real time prediction which can help to optimize nitrification and denitrification occurring in the ditch under dynamic load

Les feux naturels déciment jusqu'à 0,4% des surfaces forestières boréales au Québec. Le feu structure le paysage en créant une mosaïque de bassins versants caractérisés par l'hétérogénéité des structures et de la composition végétale. Comment une telle diversité des bassins versants peut-elle affecter la dynamique du carbone des écosystèmes lacustres boréaux? Nous explorons ici si les patrons métaboliques des lacs suivent les différents stades de succession post-feu qui caractérisent leur bassin versant, et nous établissons le lien entre les propriétés physiques du bassin, la respiration planctonique et les flux de CO2. Durant l'été 2006, des échantillons d'eau épilimnétique ont été prélevés sur 50 lacs situés dans la région de la rivière Eastmain du Québec boréal. Les sites ont été sélectionnés afin de représenter divers types de bassins versants homogènes, distincts en terme du niveau de succession post-incendie, incluant des bassins entièrement matures et des bassins brûlés au début de l'été 2006. La respiration planctonique a été déterminée à partir de la consommation de l'oxygène dissout mesurée lors d'incubations in vitro. Pour ce faire, nous avons adapté un système d'optrode constitué d'un oxymètre à fibre optique et de mini-senseurs sensibles aux fluctuations d'oxygène. Les résultats suggèrent que pour deux lacs de même surface, un lac à l'intérieur d'un bassin versant récemment brûlé est associé à des taux de respiration moyens et à des flux de CO2 sortants plus élevés qu'un lac alimenté par un bassin versant mature. Notre étude contribue à une meilleure compréhension de l'influence des perturbations de l'écosystème terrestre sur les cycles des nutriments et du carbone des écosystèmes aquatiques, ainsi que sur la dynamique naturelle des gaz à effet de serre. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cycle du carbone, Métabolisme du lac, Respiration planctonique, Flux de CO2, Feux naturels, Succession végétale, Boréal, Optrodes.

De récentes études ont démontré que plus de 1300 km² du fond du chenal laurentien sont baignés par des eaux dont les concentrations d'oxygène dissous sont en deçà de 62.5 µM ou 2 mg/l, correspondant au seuil qui définit l'hypoxie. Une des causes possibles du développement de l'hypoxie serait l'eutrophisation des eaux de surface liée à l'augmentation de l'activité agricole et industrielle dans les Basses-Terres du Saint-Laurent. Les apports accrus en nitrates rendraient compte d'une productivité primaire et d'un flux de carbone organique croissant. La dégradation de cette matière organique exportée dans les eaux profondes pourrait contribuer à l'appauvrissement progressif de celles-ci en O₂ dissous. Dans ce contexte, nous avons analysé les sédiments de deux carottes récoltées le long du chenal laurentien entre Tadoussac et Les Méchins afin de retracer les variations de productivité depuis le dernier siècle et ainsi, de vérifier si ceux-ci révèlent des indices d'une eutrophisation. Les résultats obtenus (carotte boîte AH00-2220; 48°38,33'N, 68°37,82'W; 324m et CR02-23; 48°42.008'N/68°38.894'W; 345m) révèlent une augmentation récente (après 1960 AD) du δ¹³ Corg que nous interprétons comme une augmentation des apports de matière organique marine. De la même façon et sur le même intervalle de temps, la concentration des kystes de dinoflagellés augmente, tout comme leurs flux, ce qui pourrait refléter un accroissement de la productivité primaire. Nous notons aussi une tendance semblable dans la concentration et du flux de réseaux organiques de foraminifères qui reflète probablement un accroissement de la productivité benthique liée à l'augmentation du flux de matière organique aux sédiments. Les concentrations et les flux de tests de foraminifères benthiques sont caractérisés par la même tendance d'augmentation récente. Nous notons aussi l'apparition et l'augmentation progressive de la présence des taxons Brizalina subaneriensis et Bulimina exilis entre les années 1960 et 1970. Ces taxons se singularisent par leur forte tolérance aux faibles concentrations d'oxygène et aux flux de carbone élevés. Les résultats obtenus dans cette étude appuient l'hypothèse d'une augmentation des flux sédimentaires de matière organique marine associés à une augmentation de la productivité primaire dans cette partie de l'estuaire du St-Laurent. Cette augmentation de productivité pourrait bien être un facteur important dans la diminution récente des teneurs en oxygène dissous, il est donc important d'explorer plus en détail cette hypothèse afin de mieux connaître les mécanismes en cours dans l'estuaire du St-Laurent et leur relation avec l'hypoxie récente des eaux de fond. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Hypoxie, Eutrophication, Foraminifères, Géochimie, Saint-Laurent.

Cette étude a été réalisée avec comme objectif principal d'identifier les processus mis en cause dans l'hypoxie récente de l'estuaire maritime du Saint-Laurent. Cette zone d'hypoxie existe depuis une vingtaine d'années et engendre des conséquences néfastes pour cet écosystème. Il devient donc critique de comprendre les mécanismes qui sont responsables du taux d'oxygénation dans l'optique de proposer des solutions d'adaptation réalistes. Pour ce faire, nous avons ciblé deux des processus qui ont probablement le plus d'impact sur les concentrations en oxygène dissous de cet écosystème, c'est-à-dire le réchauffement des eaux profondes et l'eutrophisation possible des eaux de surface de l'estuaire. Pour bien comprendre le rôle du réchauffement sur l'hypoxie, il est important d'avoir accès à des séries temporelles plus étendues que celles que nous offrent les données instrumentales. L'étude de carottes de sédiment nous permet d'obtenir des renseignements précieux sur les conditions environnementales du passé. Nous avons étudié deux carottes sédimentaires provenant de l'estuaire du Saint-Laurent dans le but d'estimer les variations de température survenues depuis le dernier siècle voire même depuis le dernier millénaire. Dans ces carottes, nous avons mesuré la composition isotopique en oxygène (δ18O) des tests de foraminifères benthiques. Cette mesure enregistre, entre autres, la température de calcification de l'organisme, et donc de l'eau dans lequel il se trouve. En comparant le δ18O avec les données de température instrumentales, nous avons validé l'utilisation du δ18O comme paléothermomètre dans l'estuaire du Saint-Laurent. De ce fait, nous avons utilisé le δ18O pour reconstruire les variations de température du dernier millénaire. Les résultats nous permettent de conclure que les eaux de fond de l'estuaire du Saint-Laurent se sont réchauffées d'environ 1.7°C depuis le dernier siècle. Cela constitue le plus important réchauffement des 1 000 dernières années. L'eutrophisation des eaux de surface en milieu estuarien est généralement due à un apport accru en nitrate, nutriment limitant dans ce type de milieu. Les sources d'azote ayant déjà été étudiées, nous avons donc mesuré les puits de façon à pouvoir établir un bilan régional. Deux approches ont été privilégiées: 1) une série de mesures de dénitrification sédimentaire ponctuelles et 2) une approche intégratrice se basant sur les concentrations d'azote et de phosphore dans la colonne d'eau. Les mesures nous permettent de conclure que la majorité de la dénitrification benthique est produite par le couplage nitrification-dénitrification. De plus, les résultats sont cohérents avec l'hypothèse que le processus de bioirrigation joue un rôle très important dans l'élimination sédimentaire de l'azote. L'approche intégratrice semble indiquer que le bilan régional de l'azote est proche de l'équilibre, ce qui suggère que cette région ne peut être considérée comme globalement soumise au phénomène d'eutrophisation. Ceci impliquerait donc que si l'augmentation de la productivité primaire observée dans l'estuaire du Saint-Laurent est due à une augmentation de l'apport en azote, celui-ci est par la suite éliminé naturellement par le système sans avoir d'impact en aval. Dans l'optique de proposer des solutions au problème de l'hypoxie, nous devons mieux connaître les sources d'azote qui fertilisent le Saint-Laurent ainsi que le taux de recyclage in situ. Par conséquent, nous avons mesuré la composition isotopique des nitrates dissous dans la ville de Québec pour identifier les différentes sources d'azote qui se retrouvent dans le Saint-Laurent. De plus, cette méthode nous permet d'identifier les mécanismes du cycle de l'azote qui sont actifs dans cette région. Les résultats sont typiques d'un environnement ou la composition isotopique des nitrates est principalement contrôlée par la saisonnalité et où les processus internes ne semblent pas avoir un impact significatif. Par contre, le peu de données sur la signature isotopique des différentes sources potentielles nous empêche de quantifier leur importance dans le flux de nitrate du Saint-Laurent. ______________________________________________________________________________

L'objectif de ce mémoire est de développer une approche pour évaluer, à l'échelle régionale, l'impact des changements climatiques sur l'évolution des habitats des poissons en régions nordiques. En première partie, les performances du modèle unidimensionnel de lac MyLake ont été évaluées dans le contexte d'une étude internationale de comparaison de modèles (ISIMIP). Cela a permis de vérifier que le modèle est applicable à une large gamme de lacs. 62 lacs ont été calibrés en utilisant un algorithme d'évolution différentielle. Le nombre de mesures de température, la superficie de lacs et leur localisation géographique jouent un rôle sur les performances du modèle. Les indicateurs de performance suggèrent que le modèle performe bien, même pour les lacs en dehors des régions nordiques pour lesquels le modèle a été conçu. Ensuite, MyLake a été utilisé pour simuler la dynamique couplée de la température, de l'oxygène et la lumière dans 210 lacs suédois. Le modèle a d'abord été calibré pour 12 lacs pour lesquels une grande quantité de données de terrain était disponible. Par la suite, les paramètres du modèle ont été extrapolés avec des régressions linéaires en utilisant les caractéristiques morphométriques des lacs comme prédicteur. Cela a permis de modéliser le reste des lacs sans avoir à calibrer le modèle, c'est-à-dire en l'absence d'observations in situ. Les simulations ont été forcées par la météo locale issue des scénarios climatiques, projetés par six modèles de circulation générale. Elles montrent que les petits lacs deviendront plus chauds dans le futur, avec une durée plus courte du couvert de glace. L'oxygène dissous devrait augmenter à la fin de l'hiver, et diminuer en fin d'été, entrainant une perte d'habitat pour les poissons prédateurs d'eaux froides. Ces résultats montrent la faisabilité de la modélisation à une échelle régionale lorsque peu de données de terrain sont disponibles. / This Master's thesis aims to develop an approach to assess at the regional scale, the impact of climate change on the evolution of fish habitats in northern regions. In the first part, we evaluated the performance of the one-dimensional lake model MyLake in the context of the Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project (ISIMIP). This analysis verifies that the model applies to a wide range of lakes. We conducted a calibration of 62 lakes using the differential evolution algorithm. The number of temperature observations, the surface area of lakes, and their geographical location exert control over the performance of the model. Nevertheless, the performance indicators show the model performs well even for lakes outside the northern regions. Then, the MyLake model was used to simulate the coupled dynamics of temperature, oxygen, and light in 210 Swedish lakes. We first calibrated MyLake for 12 lakes, for which a large number of field data was available. Next, the model parameters were extrapolated with linear regressions using the morphometric characteristics of the lakes as a predictor. Those relationships between parameters and characteristics made it possible to simulate the rest of the lakes without having to calibrate the model in the absence of in situ data. Climate projections drove the model from six global climate models (GCM) produced by the CORDEX project, along with the two climate scenarios (RCP 4.5 and RCP 8.5). The simulations show that the small lakes will become warmer in the future, with a shorter duration of the ice cover. The simulations also predict that the dissolved oxygen to increase at the end of winter and decrease at the end of summer, leading to a loss of habitat for cold water predatory fish. These results show the feasibility of modelling at a regional scale when little field data is available.

L'objectif de ce mémoire est de développer une approche pour évaluer, à l'échelle régionale, l'impact des changements climatiques sur l'évolution des habitats des poissons en régions nordiques. En première partie, les performances du modèle unidimensionnel de lac MyLake ont été évaluées dans le contexte d'une étude internationale de comparaison de modèles (ISIMIP). Cela a permis de vérifier que le modèle est applicable à une large gamme de lacs. 62 lacs ont été calibrés en utilisant un algorithme d'évolution différentielle. Le nombre de mesures de température, la superficie de lacs et leur localisation géographique jouent un rôle sur les performances du modèle. Les indicateurs de performance suggèrent que le modèle performe bien, même pour les lacs en dehors des régions nordiques pour lesquels le modèle a été conçu. Ensuite, MyLake a été utilisé pour simuler la dynamique couplée de la température, de l'oxygène et la lumière dans 210 lacs suédois. Le modèle a d'abord été calibré pour 12 lacs pour lesquels une grande quantité de données de terrain était disponible. Par la suite, les paramètres du modèle ont été extrapolés avec des régressions linéaires en utilisant les caractéristiques morphométriques des lacs comme prédicteur. Cela a permis de modéliser le reste des lacs sans avoir à calibrer le modèle, c'est-à-dire en l'absence d'observations in situ. Les simulations ont été forcées par la météo locale issue des scénarios climatiques, projetés par six modèles de circulation générale. Elles montrent que les petits lacs deviendront plus chauds dans le futur, avec une durée plus courte du couvert de glace. L'oxygène dissous devrait augmenter à la fin de l'hiver, et diminuer en fin d'été, entrainant une perte d'habitat pour les poissons prédateurs d'eaux froides. Ces résultats montrent la faisabilité de la modélisation à une échelle régionale lorsque peu de données de terrain sont disponibles. / This Master's thesis aims to develop an approach to assess at the regional scale, the impact of climate change on the evolution of fish habitats in northern regions. In the first part, we evaluated the performance of the one-dimensional lake model MyLake in the context of the Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project (ISIMIP). This analysis verifies that the model applies to a wide range of lakes. We conducted a calibration of 62 lakes using the differential evolution algorithm. The number of temperature observations, the surface area of lakes, and their geographical location exert control over the performance of the model. Nevertheless, the performance indicators show the model performs well even for lakes outside the northern regions. Then, the MyLake model was used to simulate the coupled dynamics of temperature, oxygen, and light in 210 Swedish lakes. We first calibrated MyLake for 12 lakes, for which a large number of field data was available. Next, the model parameters were extrapolated with linear regressions using the morphometric characteristics of the lakes as a predictor. Those relationships between parameters and characteristics made it possible to simulate the rest of the lakes without having to calibrate the model in the absence of in situ data. Climate projections drove the model from six global climate models (GCM) produced by the CORDEX project, along with the two climate scenarios (RCP 4.5 and RCP 8.5). The simulations show that the small lakes will become warmer in the future, with a shorter duration of the ice cover. The simulations also predict that the dissolved oxygen to increase at the end of winter and decrease at the end of summer, leading to a loss of habitat for cold water predatory fish. These results show the feasibility of modelling at a regional scale when little field data is available.

Le cycle du carbone est régi principalement par les phénomènes de production et de reminéralisation de la matière organique le long de la colonne d'eau. Les acteurs principaux de cette reminéralisation sont les procaryotes hétérotrophes, dont les actions peuvent être mesurées sur l'ensemble de la colonne d'eau via la respiration procaryotique. Au cours de ce travail de thèse, un suivi à long terme et en temps réel des conditions hydrologiques et biogéochimiques (température potentielle, salinité et oxygène dissous, O2) a été mené entre 2008 et 2010 en Méditerranée Nord Occidentale, sur le site ANTARES. Ces observations ont permis de mettre en évidence les influences d'évènements ponctuels (convection hivernale d'eau profonde) par advection sur ces paramètres hydrologiques et biogéochimiques. Ces influences, directes ou indirectes, vont également avoir des incidences sur la concentration en matière organique et donc sur le potentiel reminéralisateur du milieu profond. Le suivi temporel de la concentration d'O2 a également permis de mettre en évidence une diminution de la concentration globale de 2.6 µmol O2 dm-3 a-1, sur une période de trois ans. Le développement au sein du laboratoire et en collaboration avec le Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM) d'un nouvel outil en équipression, le IODA6000 (In situ Oxygen Dynamics Autosampler), mesurant directement et à haute fréquence la dynamique de l'O2 a permis d'obtenir des vitesses de respiration procaryotique à 2000 m de profondeur depuis décembre 2009 sur le site ANTARES. / The carbon cycle is mostly driven by production and remineralisation processes which are constraining organic matter concentration along the water column. The main actors of the remineralisation are the heterotrophic prokaryotes, which actions can be measured from surface to deep by the prokaryotic respiration. During this PhD thesis, a long term real time monitoring of hydrological and biogeochemical conditions (potential temperature, salinity and dissolved oxygen O2) has been carried out between 2008 and 2010 in the North Occidental Mediterranean Sea, at the ANTARES site. Influence of punctual events has been observed which seem to be related to winter deep sea convection and subsequent advection, changing hydrological and biogeochemical properties observed at the ANTARES site. These direct or indirect modifications will have consequences on the organic matter concentration and therefore on the deep-sea remineralisation potential. The temporal monitoring of O2 concentration has also allow us to estimate the deep water oxygen consumption of 2.6 µmol O2 dm-3 a-1, during a three year period. The development in our laboratory in collaboration with Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM) of a new equipressured tool, the IODA6000 (In situ Oxygen Dynamics Autosampler), measuring directly and at high frequency the O2 concentration, allowed us to measure PR rates at 2000 m depth since December 2009 at the ANTARES site. This unique ongoing time series shows a mean prokaryotic respiration rates higher (0.2 µmol O2 dm-3 d-1) than expected by literature (5.5 10-3 µmol O2 dm-3 d-1), with a high temporal variability (from 8 10-3 to 0.5 µmol O2 dm-3 d-1).

Dans le cadre du projet européen « Optimized Products for Elderly Populations (OPTIFEL) » (ou « produits optimisés pour des gens âgés »), des produits alimentaires sont conçus pour les besoins particuliers des personnes âgées. Puisque cette population est souvent mal-nourrie, l’objectif du projet consistait à produire des aliments riches en nutriments et appétants. Ce but a été mis en œuvre en enrichissant des produits à base de fruits et légumes avec des protéines, des minéraux et vitamines, dont la vitamine C et les folates. Cependant, les deux dernières vitamines sont connues pour être fragiles et pour être rapidement perdues lors du chauffage. Pour atteindre le but de la supplémentation, c’est-à-dire augmenter l’absorption des nutriments, l’étude de leur stabilité est d’une grande importance. Ce travail, en particulier, a été dédié à l’étude de la stabilité de la vitamine C et des folates lors du réchauffage des aliments. Le réchauffage des aliments nécessite de respecter une température minimum de 60°C afin d’éviter la croissance des bactéries sporulées. Une deuxième contrainte, qui se démarque des méthodes de cuisson, est la durée du maintien en température. Selon que le réchauffage se déroule à la maison ou dans un système de restauration collective en liaison chaude, le temps de réchauffage est de courte durée ou peut atteindre quelques heures. La pomme et la carotte ont été choisies en tant qu’exemple d’un fruit et un légume pour le projet OPTIFEL et aussi pour le travail présent. La pomme et la carotte sont des produits qui sont appréciés à travers l’Europe et contiennent des quantités naturelles négligeables en vitamine C et folates. La stabilité de la vitamine C a fait objet de nombreuses études dans la littérature. Cependant, les facteurs qui impactent sa stabilité ont été principalement examinés en solution modèle et leur importance respective dans un vrai aliment manque d’études. Bien que la disponibilité de l’oxygène ait un impact primordial, et qu’il soit connu que l’oxygène est soluble jusqu’à 100°C, sa disponibilité dans le milieu alimentaire est très mal connue pendant le chauffage à des températures intermédiaires. L’acide folique est un vitamère synthétique, qui est habituellement utilisé pour la supplémentation mais qui a l’inconvénient de pouvoir masquer un déficit en vitamine B12. C’est pourquoi le vitamère naturellement abondant, l’acide 5-méthyltétrahydrofolate, a été proposé comme alternative pour l’enrichissement. Son inconvénient majeur, outre le prix, est qu’il est fragile et se dégrade rapidement en l’absence de réducteurs. L’objectif de cette thèse de doctorat consistait à comprendre la stabilité de la vitamine C et de l’acide 5-méthyltétrafolique à des températures intermédiaires. Une attention particulière a été portée à la stabilité dans des matrices alimentaires et à la disponibilité de l’oxygène. Dans un premier temps, la stabilité de la vitamine C et de l’acide 5-méthyltétrahydrofolique a été étudiée à une échelle laboratoire. Ensuite, l’impact des différentes méthodes de réchauffage a été examiné. Le travail a été divisé en quatre chapitres. Le premier chapitre a été consacré à l’étude de la stabilité de la vitamine C. Dans le deuxième chapitre, la disponibilité de l’oxygène a été étudiée. La troisième étude a été dédiée à la stabilité de l’acide 5-méthyltétrahydrofolique. Et dans le quatrième chapitre, trois méthodes de réchauffage ont été comparées. / The European project « Optimized Products for Elderly Populations (OPTIFEL) » was launched to ameliorate elderlies’ nutritional status. Since this population often suffers from malnutrition, it was envisaged to conceive food products based on fruit and vegetables, with a dense nutritive value. Therefore, products were enriched with important nutrients, among vitamin C and folates. To comply with the intention of supplementations consisting in an increased intake of nutrients, the study of their stability, especially of easy degradable molecules, is of utmost importance. The present work in particular, was dedicated to the stability of vitamin C and 5-methyltetrahydrofolate when food is warmed-up that is heated at an intermediate temperature range (60-80°C). It turned out that the deterioration pace of vitamin C is principally influenced by the filling volume of recipients on a lab-scale. A negligible effect was found for the food matrix meaning that products based on apples and carrots can interchangeably be used for fortifications. Concentration adaptions are easy to control as the degradation loss per time in the concentration range 2-5 mmol/kg, is independent of the initial concentration. Increasing temperature in the range 60-80°C, does not have an impact in a real food matrix either. The latter indicates that another factor, probably oxygen, becomes limiting as enhancing the supply of energy does not increase degradation rates anymore. Thus, by heating products at 80°C, the microbial safety margin can be increased while the nutritional value is kept as if heated at 60°C. From literature it is known that degradation at this temperature range only proceeds via the aerobic degradation pathway. It has been shown in the present work that in food products, the oxygen availability decreases down to anaerobic conditions, also near the surface, during heat treatments at 80°C while oxygen in model solutions stays abundant. Hence, the headspace gains in importance during long warm holding of real food products and dynamics of oxygen and ascorbic acid might determine degradation paces. However, oxygen is not alone responsible for the degradation initiation since ascorbic acid in ultrapure water does not degrade at 80°C during 8 h, even if oxygen is abundant during the whole length of time. An additional trigger, as Fe3+ ions or maybe also other constituents in food matrices, must be present. An interaction between oxygen and the trigger might result in the generation of reactive oxygen species that finally deteriorate the vitamin. For complete stabilization of 5-methyltetrahydrofolate, the amount of ascorbic acid is crucial in contrast to the food matrix that is used for supplementation. The protective effect of ascorbic acid is however time-limited even if it remains in excess. The duration of complete stability can be prolonged by increasing the initial ascorbic acid concentration. Heat treatments under real conditions that is when food products are warmed-up by a microwave, an Actifry ® device or held warm by a water bath, lead to minor to negligible vitamin losses. These are good news for the project since the vitamin amount that is added, is preserved during warming-up of products and must not be controlled. The results indicate the complexity of vitamin degradation since the stability depends crucially on the experimental set-up. It can be concluded that predictive modeling should be performed under real conditions. Vitamin C and 5-methyltetrahydrofolate, which are generally referred to be very susceptible to oxygen and heat, are fairly stable under reheating conditions in real food products.

Aucune étude physicochimique majeure des eaux du fleuve Chari n’a été réalisée malgré le fait que depuis l’indépendance du Tchad (1960), quelques usines agroalimentaires, des hôpitaux, des usines textiles, des abattoirs… se soient installés sur ses rives. Les résultats des analyses obtenus après un suivi de 2008 à 2010 ont montré la présence des métaux traces dans le Chari. Sur l’ensemble des échantillonnages d’eau analysés, le fer est l’élément métallique majeur devant le manganèse, le zinc et le nickel. Ces résultats varient en fonction des périodes de prélèvement (saison des pluies ou saison sèche). La plupart des valeurs obtenues dépassent largement les seuils acceptables selon les recommandations de l’OMS. La présence des métaux traces dans le Chari résulte aussi bien du processus naturel que de l’activité humaine. Bien que les concentrations de Ni, Cr, Co, Mn et Zn ne soient pas aussi élevées que celle du fer, le profil de répartition de ces éléments entre les différents sites montre une certaine similarité. Les valeurs moyennes de pH indiquent que les effluents ont un caractère légèrement alcalin, tandis que celles relatives à l’oxygène dissous sont satisfaisantes. De ce fait, les eaux du Chari sont impropres, du point de vue physicochimique voire potentiellement dangereuse pour la santé environnementale et humaine. La lutte contre les pollutions doit être entreprise le plus précocement possible / No physicochemical major study of water of the Chari river was carried out in spite of the fact that since the independence of Chad (1960), some food agro factories, hospitals, textile factories, slaughter-houses… were installed on its banks. Also, this work aims to the “contribution to the analytical study of the pollutants (particularly heavy metals) in waters of the Chari river crossing the town of N’Djamena” using the suitable chemical techniques. The results of the analyses obtains after a follow-up from 2008 to 2010 showed the presence of trace metals in the Chari river. On the whole of analyzed water samplings, iron is the major metal element in front of manganese, zinc and nickel. These results vary according to the periods of taking away( rainy season or dry season). The majority of the values obtained largely exceed the acceptable thresholds according to recommendations of WHO. The presence of trace metals in the Chari river results as well from the natural process as of human activity. Although the concentrations of Ni, Cr, Co, Mn, Cu and Zn are not as high as those of iron, the profile of distribution of these elements between the various sites shows a certain similarity. The average values of pH indicate that the effluents are slightly alkaline, while those relating to dissolved oxygen are satisfactory. So the waters of Chari are unsuitable, from the physicochemical point of view, even potentially dangerous for environmental and human health. The control of pollution must be undertaken the most preciously as possible

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / L'Arctique se réchauffe rapidement, et les lacs de ces régions sont typiquement décrits comme étant très sensibles aux variations environnementales. Cependant, les données physicochimiques sous forme de profils ou de séries temporelles sont rares, en particulier dans les régions les plus nordiques, et peu d'attention a été accordée à la période sous glace. Cette thèse se compose de trois chapitres visant à mieux comprendre la dynamique des lacs de l'Arctique face aux changements climatiques, en se penchant sur la dynamique de l'oxygène et les processus biogéochimiques impliqués. Le premier chapitre se penche sur quatre lacs côtiers de l'île d'Ellesmere. Des profils physicochimiques ont été mesurés dans ces lacs avant la fonte printanière sur trois années consécutives. Malgré leur proximité géographique, ces lacs présentaient des différences majeures en termes de propriétés limnologiques. Les lacs moins profonds, et situés plus proches de l'océan étaient pauvres en oxygène, tandis que les lacs plus profonds et plus éloignés étaient mieux oxygénés. En association avec la déplétion en oxygène dans les lacs peu profonds, des gradients verticaux prononcés en ions, métaux et éléments nutritifs ont été observés, indiquant des processus microbiens anaérobies importants. Ces résultats suggéraient que les caractéristiques biogéochimiques étaient davantage influencées par la morphologie du lac que par leur position le long du gradient océan-intérieur. Le deuxième chapitre est une revue systématique des connaissances sur la dynamique de l'oxygène dissous dans les lacs arctiques. Des données de 167 sites sur 76 ans, incluant 40 sites avec des séries temporelles ont été recueillies pour réaliser une méta-analyse. Les résultats ont montré que les lacs peu profonds situés au sud du gradient latitudinal étaient plus susceptibles d'avoir des concentrations d'oxygène faibles, et que les lacs méromictiques étaient situés vers le nord du gradient. Un modèle conceptuel a été développé pour expliquer les mécanismes derrière les variations de la dynamique d'oxygène en réponse aux pressions climatiques. Cette étude met en évidence la nécessité d'une surveillance continue de l'oxygène dissous dans les lacs arctiques, et suggère des efforts de modélisation pour mieux comprendre les répercussions des changements climatiques. Le troisième chapitre se penche sur la dynamique de l'oxygène et de la température dans un lac du Haut-Arctique sur trois cycles annuels complets. Les variations interannuelles ont révélé que ce lac est sensible aux changements de nature climatiques. Les étés plus chauds ont entraîné des concentrations d'oxygène élevées dans les eaux libres de glace et une stratification thermique, tandis que l'été le plus froid a provoqué une anoxie persistante dans les eaux de fond. Ces résultats indiquent que de légères variations climatiques peuvent entraîner des trajectoires différentes pour les lacs de l'Extrême-Arctique, avec des conséquences majeures pour les processus biogéochimiques. Cela souligne également l'importance de ces écosystèmes en tant qu'indicateurs des changements environnementaux globaux. Dans son ensemble, cette thèse montre que les lacs du Haut-Arctique sont sensibles aux changements climatiques et souligne l'importance de surveiller de près ces écosystèmes en transition. Ce projet fournit également des recommandations pour de futures études et met en évidence la nécessité de mieux comprendre les processus limnologiques dans l'Arctique pour prédire les répercussions des changements climatiques. / The Arctic is warming rapidly, and lakes in these regions are typically very sensitive to environmental variations. However, physicochemical data in the form of profiles or time series are rare, particularly in the northernmost regions, and little attention has been paid to the ice-covered period. This thesis consists of three chapters aiming for a better understanding of the dynamics of Arctic lakes in the face of climate change, with a focus on oxygen dynamics and the biogeochemical processes involved. In the first chapter, we studied four coastal lakes on Ellesmere Island. Physicochemical profiles were measured in these lakes before spring melt over three consecutive years. Despite their proximity to each other, these lakes presented major differences in terms of limnological properties. Shallower lakes located closer to the ocean were oxygen depleted, while deeper and more inland lakes were well oxygenated. In association with oxygen depletion in shallow lakes, pronounced vertical gradients in ions, metals and nutrients were observed, indicating significant anaerobic microbial processes. These results suggested that biogeochemical characteristics were more influenced by lake morphology than by their position along the ocean-inland gradient. The second chapter is a systematic review of knowledge about oxygen dynamics in Arctic lakes. Data from 167 sites over 76 years, including 40 sites with time series, were collected to perform a meta-analysis. The results showed that shallow lakes located south of the latitudinal gradient were more likely to have low oxygen concentrations, and that meromictic lakes were located toward the north of the gradient. A conceptual model was developed to explain the mechanisms behind variations in oxygen dynamics in response to climatic pressures. This study highlights the need for continued monitoring of dissolved oxygen in Arctic lakes, and suggests modelling efforts to better understand the impacts of climate change. The third chapter looks at the dynamics of oxygen and temperature in a High Arctic lake over three complete annual cycles. Interannual variations revealed that this lake is sensitive to climatic variables. Warmer summers led to elevated oxygen concentrations in ice-free waters and thermal stratification, while the colder summer caused persistent anoxia in bottom waters. These results indicate that small climatic variations can lead to different trajectories for High Arctic lakes, with major consequences for biogeochemical processes. They also highlight the importance of these ecosystems as indicators of global environmental changes. This thesis shows that High Arctic lakes are sensitive to climate change and highlights the importance of closely monitoring these transitioning ecosystems. This project also provides recommendations for future studies and highlights the need to better understand limnological processes in the Arctic to predict the impacts of climate change.