E PVC est l'un des polymères les plus employés dans les matériaux actuels et l'adjonction de plastifiants permet de modifier ses propriétés (température de transition vitreuse, module…) permettant ainsi l'utilisation de ce polymères dans des applications où de la souplesse est requise (textiles enduits, par exemple). Actuellement, les phtalates sont les plastifiants les plus utilisés même s'ils sont de plus en plus décriés du fait de leur toxicité. Le développement de nouveaux agents plastifiants est un domaine de recherches intenses et les matières premières bio-sourcées s'avèrent être une alternative intéressante aux plastifiants pétro-sourcés. Le travail de cette thèse se propose d'investiguer le développement de plastifiants du PVC bio-sourcés de type lipidique possédant de surcroit des propriétés ignifugeantes évitant ainsi l'ajout d'additifs supplémentaires dans les formulations de PVC devant résister au feu. Dans un premier temps, l'oléate, le linoléate de méthyle et le diacide (D18 : 1) ont été fonctionnalisés par modification chimique de leurs groupements ester et/ou de leurs insaturations pour mener à des dérivés lipidiques phosphorés. Cinq candidats plastifiants bio-sourcés ont ainsi pu être synthétisés et le scale up de la synthèse de l'un des candidats à l'échelle du kilogramme a pu être réalisé dans le cadre de cette thèse. Dans un deuxième temps, des tests de plastification du PVC avec divers candidats ont été réalisés en collaboration avec la société Serge FERRARI. L'étude des propriétés thermiques, mécaniques et thermomécaniques des films de PVC plastifiés obtenus, comparativement au plastifiant phtalate DINP et au plastifiant bio-sourcé commercial RADIA 7295, a permis d'éliminer différents candidats pour n'en finalement retenir que deux. Des profils de dégradation thermique satisfaisants, des basses valeurs de Tg, des allongements à la rupture importants (320 et 365 % respectivement) et proches de ceux obtenus avec le DINP, ont confirmé l'efficacité plastifiante de ces deux composés phosphorés bio-sourcés. Les tests au feu LOI et au cône calorimètre ont également prouvé le caractère ignifugeant de ces deux composés qui conduisent à des résultats du même ordre de grandeur que ceux atteints avec le plastifiant phosphonate commercial de référence S141 / Poly(vinyl chloride) is one of the most manufactured and consumed thermoplastics in the world. The addition of plasticizers allows modifying its properties (glass transition temperature, modulus…) and then to use this polymer for applications where flexibility is needed (coated textiles, for instance). Nowadays, phthalates are the main candidates for PVC even if they have been more and more controversed due to their possible toxicity. To substitute these petro-based plasticizers, researches are focused on alternative plasticizers based on bio-based raw materials. This PhD work proposes to investigate the development of new bio-based plasticizers for PVC, from lipidic derivatives, and having simultaneously flame retardant properties, avoiding the addition of any other additives in PVC during compounding. In the first part, methyl oleate, methyl linoleate and diacid D18 : 1 have been functionalized by modification of their ester groups and/or their doubles bonds to give phosphorylated lipidic derivatives. Thus, five bio-based plasticizers have been synthesized and the synthesis of one candidate on the scale of the kilogram has been successfully performed during this PhD work. Secondly, the plasticizing efficiency of several candidates with PVC has been evaluated in collaboration an industrial company. Thermal, mechanical and thermomechanical properties of the obtained soft PVC films were studied, in comparison with those obtained with the phthalate plasticizer DINP and the commercial bio-based plasticizer RADIA 7295. These analyses allowed the disposal of some of the bio-based plasticizers to finally keep only two candidates. Satisfying thermal degradation profiles, low Tg, and important elongation at break values (320 % and 365 % respectively) close to those obtained with DINP, confirmed the plasticizing efficiency of these two bio-based phosphorylated plasticizers. Fire tests like the LOI test and the cone calorimeter also proved the flame retardant properties of these two candidates, leading to similar results than the ones reached with the phosphonate plasticizer S141

Les rivières sont des écosystèmes dynamiques qui reçoivent, transforment, et exportent de la matière organique comprenant du carbone (C), de l’azote (N), et du phosphore (P). De par leur grande surface de contact entre l’eau et les sédiments, elles offrent un potentiel élevé pour les processus de transformation de ces éléments, dans lesquels ils sont souvent conjointement impliqués. Ces transformations peuvent retirer les éléments de la colonne d’eau et ainsi diminuer leurs concentrations pour améliorer la qualité de l’eau. Par contre, les conditions climatiques (débit, température, luminosité), la configuration du territoire (forêt, urbanisation, agriculture), et la durée des activités humaines sur terre affectent la quantité, composition, et proportion de C, N, et P livrés aux cours d’eau receveurs. Dans un contexte où un surplus de nutriments (N, P) peut surpasser la capacité des rivières à retirer les éléments de l’eau, et où les extrêmes climatiques s’empirent à cause des changements climatiques, cette thèse met en lumière le rôle des rivières dans les dynamiques de C, N, et P pour une meilleure compréhension de la réponse des écosystèmes lotiques aux pressions actuelles et futures. La Rivière du Nord draine séquentiellement des régions couvertes de forêt, d’urbanisation, et d’agriculture, et oscille entre quatre saisons distinctes, l’exposant à des utilisations du territoire et conditions climatiques contrastées. Nous avons échantillonné les formes de C, N, et P à 13 sites le long du tronçon principal (146 km), une fois par saison pour trois ans. De façon générale, les concentrations de N et P totaux ont augmenté d’amont vers l’aval, concordant avec l’activité humaine plus importante dans la deuxième moitié du bassin versant, mais les concentrations de C organique total sont restées constantes peu importe la saison et l’année. La stœchiométrie écosystémique du C : N : P était donc riche en C comparé au N et P en amont, et s’est enrichie en nutriments vers l’aval. L’étendue (2319 : 119 : 1 à 368 : 60 : 1) couvrait presque le continuum terre – océan à l’intérieur d’une seule rivière. Des formes différentes de C, N, et P dominaient la stœchiométrie totale dépendamment des saisons et de l’utilisation du territoire. En été, la composition du N était dominée en amont par sa forme organique dissoute et par le nitrate en aval, tandis qu’en hiver, l’ammonium et le P dissous avaient préséance sur l’entièreté du continuum. Malgré une concentration constante, la proportion des molécules composant le C différait aussi selon la saison et l’utilisation du territoire. L’été était dominé par des formes dégradées par l’action microbienne et l’hiver par des formes bio- et photo-labiles. Ceci fait allusion au potentiel de transformation de la rivière plus élevé dans la saison chaude plutôt que sous la glace, où les formes plus réactives avaient tendance de s’accumuler. La composition du C en amont était aussi distincte de celle en aval, avec un seul changement abrupt ayant lieu entre la section forestière et la section d’utilisation du territoire urbaine et agricole. Ces changements de compositions n’étaient pas présents durant le printemps de crue typique échantillonné, mais dans l’inondation de fréquence historique nous avons observés des apports nouveaux de molécules provenant soit des apports terrestres normalement déconnectés du réseau fluvial ou de surverses d’égouts. L’influence des facteurs naturels et anthropiques s’est aussi reflétée dans les flux historiques riverains de C, N, et P (1980 – 2020). La précipitation explique le plus les flux de C et les flux de N dans la section pristine. Les apports historiques au territoire de N anthropique (nécessaires pour soutenir la population humaine et les activités agricoles) expliquent fortement la tendance temporelle à la hausse des flux riverains de N dans la section urbaine. Durant les quatre dernières décennies, un peu plus du tiers des apports de N au territoire sont livrés à la rivière annuellement, suggérant que la source urbaine de N anthropique est encore peu gérée. Le manque de corrélation entre les flux de P dans la rivière et les précipitations ou les apports au territoire de P anthropique peut être expliqué par les usines de traitement des eaux usées installées dans la région vers la fin des années 1990 qui ont fait diminuer presque de moitié le P livré à la rivière. La variation de ces flux s’est reflétée dans la stœchiométrie écosystémique historique, qui varie de 130 : 23 : 1 en 1980 à 554 : 87 : 1 en 2007-08 après l’effet de l’usine d’épuration et du N qui a augmenté. À travers les axes historiques, spatiaux, et saisonniers, cette thèse contribue à la compréhension du rôle des rivières dans la réception, la transformation, et l’export du C, N, et P. Combinée aux concentrations, l’approche de stœchiométrie écosystémique propose une façon d’intégrer apports et pertes des éléments pour les étudier de pair au niveau du bassin versant. Puis, comme certaines formes de C, N, et P sont associées à des sources terrestres spécifiques, ou à certains types de transformations, les inclure dans un cadre conceptuel combinant des extrêmes climatiques et des utilisations du territoire différentes offre un aperçu sur le résultat des sources et transformations des éléments. Enfin, les tendances décennales de C, N, et P riverains montrent l’influence des facteurs naturels et anthropiques sur la stœchiométrie écosystémique historique d’une rivière. / Rivers are dynamic ecosystems that receive, transform, and export organic matter that includes carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P). Their high surface of contact between water and sediments offers important potential for transformation processes to occur, which usually include all three elements together. These transformations can remove elements from the water column, thus decreasing their concentrations and leading to improved water quality. However, climatic conditions (discharge, temperature, light), landscape configuration (forest, urbanisation, agriculture), and length of human activities on land affect the quantity, composition, and proportion of C, N, and P delivered to receiving waters. In a context where a surplus of nutrients (N, P) can surpass a river’s capacity to remove elements from the water column, and where climatic extremes are worsening because of climate change, this thesis shines a light on the role of rivers in the dynamics of C, N, and P for a better understanding of lotic ecosystems’ responses to present and future pressures. The Rivière du Nord sequentially drains forested, urban, and agricultural regions, and oscillates between four distinct seasons, exposing it to contrasting land use changes and climatic conditions. We sampled forms of C, N, and P at 13 sites along the mainstem (146 km), once per season for three years. Overall, concentrations of total N and P increased downstream, concurrent with higher human activities in the lower half of the watershed, but total organic C concentrations remained constant regardless of season or year. As a result, C: N: P ecosystem stoichiometry was rich in C compared to N and P upstream, but became enriched in nutrients downstream. Within a single river, the range spanned by the ratios (2319: 119: 1 to 368: 60: 1) almost covered the land – ocean continuum. Different forms of C, N, and P dominated overall stoichiometry depending on season and land use. In summer, upstream N composition was dominated by dissolved organic N and shifted to nitrate downstream. In winter, ammonium and dissolved P were dominant throughout the continuum. Despite constant concentrations, C composition also differed as a function of season and land use. Summer was dominated by microbial humic-like components and winter by bio- and photolabile ones, hinting at the river’s higher transformation potential in the warm season rather than under the ice, where more reactive forms tended to accumulate. Upstream C composition was also distinct from the downstream one, with a unique sharp change between the forested pristine section and the downstream impacted one. This marked shift in composition was not observed in the typical high spring flow, but in the historical flood sampled, we observed new inputs of molecules coming from either previously disconnected terrestrial sources or sewage overflows. The influence of natural and anthropogenic factors was also reflected in the historical riverine loads of C, N, and P (1980 – 2020). Precipitation explained more than half of C loads, and some N loads from the pristine section. Historical anthropogenic N inputs to land (necessary to sustain human population and agricultural activities) strongly explained the increasing trend in riverine N loads from the urban section. In the last four decades, just over a third of anthropogenic inputs to land are loaded to the river annually, suggesting that the urban source of N is still largely uncontrolled. The lack of correlation between riverine P loads and precipitation or anthropogenic P inputs to land could be explained by the installation of wastewater treatment plants in the region at the end of the 1990s, which reduced almost half the amount of P loaded to the river. The variation in riverine loads was reflected in the historical ecosystem stoichiometry, which varied from 130: 23: 1 in 1980 to 554: 87: 1 in 2007-08 due to both the impact of wastewater treatment and increasing N use. With its historical, spatial, and seasonal axes, this thesis contributes to the understanding of the role of rivers on C, N, and P loading, transformation, and export. In combination with concentrations, ecosystem stoichiometry represents an approach to study elements together and integrate their loadings and losses at the watershed scale. Because certain forms of C, N, and P are associated with specific land use sources or certain types of transformation pathways, including them in a conceptual framework that combines climatic extremes and gradients of land uses allows for insight on the net effect of sources of transformations. Lastly, decadal trends of riverine C, N, and P loads will reveal the influence of natural and anthropogenic factors on the historical ecosystem stoichiometry of a river.

Les écosystèmes aquatiques sont de plus en plus reconnus pour leur rôle dans les cycles biogéochimiques locaux et globaux en raison de leur grand potentiel réactif. Les tourbières sont quant à elles des environnements relativement stables, mais qui participent aussi largement aux cycles biogéochimiques car elles accumulent de grandes quantités de carbone (C) et d’autres éléments dans leurs sols. À l’intérieur de certaines tourbières tempérées, de petites étendues d’eau se développent par la décomposition de la matière organique qui compose leur matrice, mais de larges pans de leur fonctionnement biogéochimique sont ignorés. La structure et la géographie de ces mares de tourbières, particulièrement l’interface eau-tourbe qui les caractérise, pourraient d’ailleurs en faire des écosystèmes d’un dynamisme peu commun. Le but de cette thèse est de déterminer en quoi la géographie particulière des mares de tourbières, à commencer par celle des régions tempérées, influence leurs patrons et processus biogéochimiques. Les résultats démontrent que les mares de tourbières sont des écosystèmes sans commune mesure parmi les milieux aquatiques. Les mares sont biogéochimiquement distinctes des autres milieux lentiques en raison de la structure du paysage qui les entoure, faisant d’elles des environnements où les concentrations en C organique dissous (DOC) sont plusieurs fois plus élevées et où le pH est 100 fois plus acide que dans les lacs. La biogéochimie des mares est par contre variable dans le temps et l’espace en fonction de paramètres morphologiques et climatiques. Par exemple, les concentrations en DOC sont plus élevées dans les mares les moins profondes et sous un climat moins humide, mais ces concentrations fluctuent rapidement au cours des saisons en fonction de variations météorologiques, faisant d’elles des sentinelles climatiques. Les patrons biogéochimiques observés dans les mares de tourbières semblent tirer leur origine de leur structure plutôt que d’une influence allochtone à plus grande échelle comme c’est le cas pour la plupart des lacs. Une expérience menée dans une tourbière ombrotrophe du sud du Québec montre ainsi que les processus de décomposition de la matière organique qui caractérisent les mares de tourbières varient spatialement en fonction de la profondeur des mares et de la composition chimique du matériel à décomposer. Au final, les résultats de la thèse démontrent que les patrons et processus biogéochimiques observés dans les mares de tourbières tempérées sont effectivement dirigés par leur géographie particulière, où les mécanismes fonctionnels sont en partie dictés par l’interface eau-tourbe. / Aquatic ecosystems are increasingly recognized for their contribution to local and global biogeochemical cycles because of their high reactivity potential. Peatlands are relatively stable ecosystems but that nonetheless play a large role in biogeochemical cycles because they sequester large amounts of carbon (C) and other elements. Within temperate peatlands, waterbodies may develop by the decomposition of the organic matter that forms the soil but their biogeochemical functioning remain largely ignored. Their structure and their geography, especially the water-peat interface, may thus make peatland pools ecosystems that are more dynamic than other aquatic environments. The goal of this thesis is to determine how the geography of temperate peatland pools influences their biogeochemical patterns and processes. Results show that peatland pools are biogeochemically distinct from other aquatic environments because of the structure of the landscape in which they develop, with dissolved organic C (DOC) concentrations being severalfold higher and pH being 100-fold more acidic than lakes. The biogeochemistry of peatland pools is, however, variable in both space and time in relation to morphological and climatic parameters. For example, DOC concentrations are higher in shallower pools and in arid climates, but these concentrations rapidly vary within and across seasons in relation to changes in temperatures and precipitation, highlighting their potential to act as climate sentinel. The observed biogeochemical patterns in peatland pools originate from their internal structure rather than from a broader-scale allochthonous influence like lakes. The influence of pool internal structure was revealed in an experiment we conducted in an ombrotrophic peatland of southern Québec that showed that organic matter decomposition processes vary spatially in relation to pool depth and to the chemical composition of the organic matter. Overall, the results demonstrate that temperate peatland pool biogeochemical patterns and processes are indeed controlled by their unique geography, and where functional mechanisms are partly driven by the water-peat interface.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Titre de l'écran-titre (visionné le 29 février 2024) / Dans la vallée du Fraser en Colombie-Britannique, l'élevage intensif de vaches laitières produit d'importantes quantités de fumier. Le maïs ensilage (*Zea mays* L.), cultivé en rotation avec d'autres plantes fourragères telles que le ray-grass (*Lolium perenne* L.), représente la principale source d'aliments pour cet élevage intensif. Cet agroécosystème permet de recycler le fumier riche en nutriments comme le phosphore (P). Cependant, la culture du maïs ensilage dans la vallée du Fraser implique d'importantes applications de fumier et d'engrais de démarrage. Ceci entraine une accumulation de P dans les sols, augmentant le risque de perte de P vers les sources d'eau. De plus, le risque de mobilisation et de transport de P peut aussi être accéléré par les conditions hydriques des sols, notamment l'engorgement en eau, du fait des fortes précipitations qui s'accumulent dans les parcelles agricoles à cause du mauvais drainage des sols. Cette thèse, qui se déroule sur un sol riche en P dans la zone humide de la vallée du Fraser en Colombie Britannique, a pour objectif d'évaluer l'impact de régime d'humidité du sol, de la fertilisant en P sous forme de lisier de vache laitière, et de l'ajout de nitrate de fer sur (i) les rendements du raygrass et les exportations de P, (ii) la réduction de Fe$^\textup{3+}$ en Fe$^\textup{2+}$ et la solubilité et la mobilité du P, (iii) les activités microbiennes et les émissions de gaz à effet de serre, (iv) les activités enzymatiques, et (v) les pertes de P par lessivage. Dans les sols engorgés, le rendement en matière sèche du raygrass et l'exportation du P étaient inférieurs par rapport aux sols à capacité au champ. Une baisse du potentiel redox dans les sols engorgés a réduit le Fe$^\textup{3+}$ en Fe$^\textup{2+}$, entrainant une augmentation du pH du sol en 120 jours. Cette augmentation du pH est due à la consommation des ions H$^\textup{+}$ pendant la réduction microbienne des cations métalliques. Cette réduction de Fe$^\textup{3+}$ en Fe$^\textup{2+}$ dans les sols engorgés a libéré du P, du carbone organique dissous et de l'azote total dissous, reflétée par la diminution du P extractible à l'eau (Pw), du P extractible à la solution Mehlich-3 (P$_\textup{M3}$) et de l'indice de saturation en phosphore, mais une augmentation de la biomasse microbienne du C, du N (avant 120 jours) et des émissions de CO₂ et N₂O. L'ajout de nitrate de Fe$^\textup{3+}$ a inhibé la réduction de fer tout en stimulant les émissions de N₂O, indiquant la préférence du NO₃$^\textup{-}$ sur le Fe$^\textup{3+}$ comme accepteur d'électrons en conditions inondées. La réduction du fer et la libération des éléments tels que le P et le Fe dans les sols engorgés étaient plus marquées à la surface du sol qu'en profondeur. La libération accrue de carbone organique dissous et d'ions phosphatés dans les sols engorgés a diminué la demande en enzymes de 399 nmol MUF g$^\textup{-1}$ soil h$^\textup{-1}$ pour la β-glucosidase et de 1646 nmol MUF g$^\textup{-1}$ soil h$^\textup{-1}$ pour la phosphomonoestérase acide à la surface du sol (0-5 cm). Les conditions de l'engorgement ont cependant augmenté l'activité de la N-acétyl-β-glucosaminidase de 50.5 nmol MUF g$^\textup{-1}$ soil h$^\textup{-1}$ et accru l'azote total dissous de 9.1 mg kg$^\textup{-1}$ à travers toutes les profondeurs. L'apport de lisier au sol engorgé a diminué les activités enzymatiques extracellulaires, suggérant un apport suffisant en C, N, et P. Les activités enzymatiques et la biomasse microbienne étaient principalement confinées dans la couche superficielle du sol qui a été plus affectée par l'engorgement par rapport à la couche profonde. En conclusion, les conditions d'engorgement dans les sols entraînent des changements significatifs dans la chimie du P dans le sol et l'activité microbienne, conduisant à une diminution du rendement des cultures, à une modification de la dynamique des nutriments, et à une augmentation des pertes de nutriments et des émissions de gaz à effet de serre. La diminution des activités enzymatiques dans les sols engorgés et lors de l'application de lisier souligne la nécessité d'une gestion intégrée des nutriments et de l'eau dans les pratiques agricoles. / In the Fraser Valley of British Columbia (BC), intensive dairy farming produces large amount of manure. Silage corn (*Zea mays* L.), grown in rotation with other forage plants such as ryegrass (*Lolium perenne* L.), is the primary feed source for this intensive farming. This agroecosystem allows the recycling of nutrient-rich manure, like phosphorus (P). However, growing silage corn in the Fraser Valley involves significant applications of manure and starter fertilizers. This results in a buildup of P in the soils, increasing the risk of P loss to water sources. Additionally, the risk of mobilization and transport of P might be accelerated by soil water conditions, especially waterlogging, due to heavy rainfall accumulating in farmland because of poor soil drainage. This thesis, conducted on a P-rich soil in the humid area of the Fraser Valley, BC, aims to evaluate the impacts of soil moisture regime, P fertilizer levels in the form of dairy slurry, and iron nitrate addition on (i) ryegrass yields and P uptake, (ii) reduction of Fe$^\textup{3+}$to Fe$^\textup{2+}$and P solubility and mobility, (iii) microbial activities and greenhouse gas emissions, (iv) soil enzyme activities, and (v) P leaching. In waterlogged soils, ryegrass dry matter yield and exportation of P were lower compared to field capacity soils. A decrease in redox potential in the waterlogged soils reduced Fe$^\textup{3+}$ to Fe$^\textup{2+}$, leading to an increase in soil pH in 120 days. This increase in soil pH is due to the consumption of H$^\textup{+}$ ions during microbial reduction of metallic cations. This reduction of Fe$^\textup{3+}$ to Fe$^\textup{2+}$ in waterlogged soils released P, dissolved organic carbon (DOC), and total dissolved nitrogen (TDN), reflected by a decrease in water-extractable P (Pw), Mehlich-3 extractable P (P$_\textup{M3}$), and P saturation index (PSI) but an increase in microbial biomass C, N (before 120 days), and CO₂ and N₂O emissions. The addition of Fe$^\textup{3+}$ nitrate inhibited iron reduction while stimulating N₂O emissions, indicating the preference of NO₃$^\textup{-}$ over Fe$^\textup{3+}$ as an electron acceptor under waterlogged conditions. Iron reduction and the release of elements such as P and Fe in waterlogged soils were more pronounced at the topsoil than subsoil. The increased release of dissolved organic carbon and phosphate ions in waterlogged soils decreased the enzyme demand by 398.5 nmol MUF g$^\textup{-1}$ soil h$^\textup{-1}$ for β-glucosidase and by 1646.1 nmol MUF g$^\textup{-1}$ soil h$^\textup{-1}$ for acid phosphomonoesterase at the topsoil (0-5 cm). Waterlogged conditions on the other hand increased the activity of N-acetyl-β-glucosaminidase by 50.5 nmol MUF g$^\textup{-1}$ soil h$^\textup{-1}$ and raised the total dissolved nitrogen by 9.1 mg kg$^\textup{-1}$ across all depths. The application of slurry to waterlogged soil decreased extracellular enzymatic activities, suggesting a sufficient supply of C, N, and P. The activities of soil enzyme and microbial biomass were primarily confined to the topsoil, which was more affected by waterlogging compared to the subsoil. In conclusion, waterlogged conditions in soils lead to significant shifts in soil P chemistry and microbial activity, resulting in decreased crop yield, altered nutrient dynamics, and increased nutrient losses and greenhouse gas emissions. The decreased enzymatic activities under waterlogged soils and upon slurry application emphasize the need for integrated nutrient and water management in agricultural practices.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Le lac Saint-Charles est utilisé comme réserve d'eau potable pour plus de 230 000 résidents de la Ville de Québec. En 2006, une première prolifération importante de cyanobactéries y a été signalée. L'objectif de ce mémoire est de caractériser la limnologie du lac Saint-Charles sur une période de deux ans afin de mieux comprendre les facteurs de contrôle des populations de cyanobactéries ainsi que les sources potentielles d'eutrophisation. Les analyses de la qualité de l'eau montrent que les concentrations de phosphore total de l'épilimnion, en moyenne 10 [mu]g L⁻¹, n'ont pas changé de manière significative au cours des 30 dernières années et elles indiquent un niveau oligo-mésotrophe. Cependant, la transparence de l'eau et la concentration de chl α indiquent plutôt un niveau méso-eutrophe. D'autres indices comme le déficit en oxygène dans les sections les plus profondes du lac et la prolifération de cyanobactéries formant des fleurs d'eau suggèrent aussi que le lac est à un stade mésotrophe avancé. L'analyse de la communauté de phytoplancton a révélé de grandes variations interannuelles dans sa composition taxonomique. En 2007, la communauté de phytoplancton a été dominée par deux espèces de cyanobactéries qui forment des fleurs d'eau (Microcystis aeruginosa et Anabaena cf. flos-aquae) alors qu'en 2008, il n'y a pas eu de fleurs d'eau de cyanobactéries et la communauté de phytoplancton était dominée par des chrysophytes flagellés. L'échantillonnage complet réalisé en 2007 et 2008 offre l'opportunité d'évaluer les facteurs pouvant être responsables de ces variations. Comme le phosphore est l'élément qui limite la croissance du phytoplancton et des cyanobactéries au lac Saint-Charles, nous avons tenté d'identifier les sources principales de cet élément à partir de données mesurées et modélisées. Nos résultats indiquent que le bassin versant de la rivière des Hurons est la principale source de phosphore et qu'il existe une forte relation entre la concentration de phosphore total et le débit dans cette rivière. Les périodes de crue auraient, par conséquent, un impact majeur sm- les charges en phosphore du lac. Nos résultats suggèrent aussi que les stations d'épuration ont un impact notable sur les charges en phosphore des deux principaux affluents du lac Saint-Charles, ce qui peut mener à des répercussions négatives sur la qualité de l'eau du lac.

Les conséquences environnementales liées à l'eutrophisation des eaux de surface provoquée par les pertes excessives en phosphore (P) des sols soumis à des fertilisations intensives, ont accru l'intérêt porté au développement des indicateurs agroenvironnementaux permettant le diagnostic de l'état actuel de la fertilité et la saturation du sol en P. Dans cette étude, notre objectif consiste à élaborer des modèles de prédiction de l'évolution de ces indicateurs dans les sols organiques et minéraux ainsi que leur capacité à retenir et à désorber le P de l'engrais. Ainsi, 25 sols minéraux et 25 sols organiques représentatifs du Québec ont fait l'objet de deux études d'équilibre : à court terme (48 heures) et à long terme (365 jours) avec cinq doses croissantes de P [0 - 120 mg P kg⁻¹] en 2 répétitions. Les résultats ont révélé: 1. Des taux d'accroissement (TAC) de l'ISP₁ (ISP₁= [P*100/Al]M₋₃) et l'ISP₂ (ISP₂= [P*100/(A1 + Fe)]M₋₃) des sols minéraux estimés à partir d'une caractérisation routinière en P et A1 extraits au moyen de la solution Mehlich-3. Quant à l'ISP₃ (ISP₃ = [P*100/(A1 + 5*Fe)]M₋₃) dans les sols organiques, la valeur de TAC est prédictible, connaissant les teneurs en P, Al et Fe Mehlich-3. 2. Deux valeurs critiques de saturation en sols minéraux de 75% de taux de rétention à court terme (48 heures) et de 10% du taux de désorption à court terme (Tdc.t) et deux autres valeurs critiques en sols organiques de 45% de taux de rétention à long terme (365 jours) et de 12% de taux de désorption à long terme (Tdl.t). 3. Des équations statistiquement significatives de prédiction des pourcentages de rétention ou de désorption du P de l'engrais ajouté en fonction des propriétés analytiques des sols organiques et minéraux.

L'objectif principal de ce mémoire était de déterminer les apports optimaux en phosphore (P) en termes de performance de croissance, de minéralisation osseuse, d'excrétion de P et de fréquence d'ostéochondrose chez le porc (25 à 120 kg). L'expérience s'est échelonnée sur trois phases de 28 jours chacune où les porcs ont été alimentés avec des nourrisseurs automatiques. Deux aliments, soit un riche en nutriments (A) qui satisfait les besoins d'un porc de 25 kg en plus d'apporter 140 % des besoins en P digestible et en calcium (Ca) et un autre pauvre en nutriments (B) satisfaisant les besoins d'un porc de 120 kg en plus d'apporter 60 % des besoins en P digestible et en Ca ont été utilisés pour fabriquer 5 des traitements alimentaires, et le 6e traitement constituait le témoin positif. Pendant la première phase, 80 porcs ont reçu un des 5 traitements alimentaires, soit 60, 80, 100, 120 et 140 % des besoins en P avec un rapport Ca :P fixe. De faibles différences au niveau des performances de croissance ont été observées entre les traitements. La minéralisation osseuse a pour sa part augmenté linéairement avec l'augmentation des apports phosphocalciques. Aux phases 2 et 3, une erreur expérimentale s'est glissée dans la composition des aliments A et B, faisant en sorte que les quantités de Ca de chacun des deux aliments ont été inversées, soit des apports de P toujours de 60, 80, 100, 120 et 140 % des besoins, mais conjointement avec des apports de Ca de 140, 115, 100, 85 et 70 % des besoins respectivement. Ainsi, l'objectif de l'essai a été revu en tenant compte de cette erreur pour étudier l'effet de déséquilibres phosphocalciques sur les mêmes critères que ceux de la phase 1. Les résultats montrent l'importance de maintenir un équilibre entre les apports de P et de Ca afin de favoriser l'utilisation de chacun des deux éléments.

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Les bassins versants anthropisés sont soumis à des forçages qui évoluent rapidement et déséquilibrent les écosystèmes. Les écosystèmes côtiers et en particulier lagunaires sont très sensibles à la qualité et à la quantité de la source biogène d’origine continentale. La lagune d’Arcachon (Sud Ouest de la France) est alimentée par un bassin versant de 3.000 km2 dont l’occupation des sols est dominée par la forêt depuis plus de 150 ans. La maïsiculture s’est fortement développée depuis les années 1970 et un centre de stockage de déchets ménagers et industriels (CSDU) a été aménagé à moins de 3 km du littoral. Cette thèse se propose d’évaluer la dynamique des éléments biogènes dans le continuum fluvio-estuarien du bassin versant. L’analyse de l’occupation des sols par SIG, une mission d’observation de deux ans, et des études ponctuelles de crues et du continuum fluvial ont permis d’évaluer précisément le flux biogène d’origine continentale et de construire les bases d’un modèle de transport : les taux d’exportation dépendent de l’occupation des sols avec 45, 93, 2.850 et 61 kg N-Nitrate km-2 an-1 calculés pour les parcelles forestières, déforestées, agricoles et urbaines respectivement. L’exportation a lieu préférentiellement en tout début de crue mais le lessivage est rapidement limité. En revanche, les eaux souterraines peuvent contribuer significativement au flux annuel pour les bassins versants les plus agricoles. On a pu démontrer qu’une réduction de 10 % des apports d’engrais azotés réduirait de plus de 50 % le flux d’azote vers la lagune. Une étude approfondie intégrant hydrologie, biogéochimie et géophysique a permis de comprendre les mécanismes de dispersion et d’atténuation d’un panache de pollution issu du CSDU. Celui-ci s’écoule vers la lagune avec l’aquifère superficiel à une vitesse de 23 m an-1 pour l’ammonium et environ 50 m an-1 pour le chlorure mettant en évidence une forte atténuation de l’ammonium dans l’aquifère par sorption et nitrification. Actuellement, le panache n’a pas atteint le littoral et seul le drainage par la rivière permet une exportation rapide jusqu’à la lagune. Ce drainage favorise une très forte nitrification dans la zone hyporhéique et dans la rivière, ce qui limite le flux d’ammonium vers la lagune. Dans ces conditions, le temps de résidence de l’ammonium dans l’aquifère est entre 7 et 18 ans. L’intégration des processus biogéochimiques estuariens dans la dynamique des flux biogènes vers la lagune est une nouveauté. L’étude des éléments biogènes et de la matière organique particulaire permet de démontrer que les estuaires de la lagune sont autotrophes à l’échelle de l’année et permettent un abattement d’environ 30 % du flux de nitrate continental. Saisonnièrement toutefois, les processus de reminéralisation peuvent dominer. Les estuaires ont peu d’impact sur la biogéochimie du phosphore contrairement au sédiment de la lagune. / The anthropized watersheds shift quickly and may disturb the ecosystems. Coastal ecosystems and coastal lagoons are highly sensitive to the amount and the quality of biogenic material originating from continents. The Arcachon lagoon (France South West) raises continental waters originating from a watershed of 3,000 km2 . Pine forestry cover the main surface area of the watershed since 150 years. Cornfields are appeared since 1970 and quickly increase. A solid waste disposal has been created near the littoral. The purpose of this PhD is to assess the global cycle of biogenic materials through the riverine and estuarine continuum. Land-use analyze by GIS, two years of monitoring and some studies of flood events and river continuum have permit to assess the flux of biogenic material and to build a transport model. The export rates depend of land-use and we assess the annual export rate to 45, 93, 2,850, and 61 kg N-Nitrate km-2 year -1 in forested parcel, deforested parcel, agricultural parcel and urban parcel respectively. The export is more efficiency at the beginning of flood events. However the groundwater may supply high amount of nitrogen in highly agricultural watershed. We have shown that a decrease of 10 % in fertilizer input to farming areas would probably reduce the annual flux of more than 50 %. A study based on hydrology, biogeochemistry and geophysics permit to understand the behavior of a contaminated plume originating from the waste disposal. The ammonium plume flows towards the lagoon at a velocity of 23 m year -1 whereas the chloride plume should flows at 50 m year -1. It highlights an efficiency attenuation of ammonium dispersion due to sorption in soil and nitrification. The plume needs about 100 years to reach the lagoon and nowadays the only way of dispersion is the drainage of contaminated groundwater by the river. This way permits an efficiency nitrification in the hyporheic zone and limits the flux of ammonium. Considering that the input of ammonium from the landfill is balanced by the present day output via the river, the residence time of ammonium in the aquifer is between 7 and 18 years. The integration of estuarine biogeochemistry has been realized for the first time. The survey of biogenic materials and organic matter emphasizes that estuaries are autotrophic at annual scale and decrease the nitrogen continental flux of about 30 %. But in autumn, the mineralization and nutrient recycling is observed. In the Arcachon lagoon, the estuaries have a negligible impact on phosphorus biogeochemistry contrary to the sediment.