Au Centre-Est agro-sylvopastoral sénégalais, comme partout au Sahel sud en particulier, la mise en place du système économique capitaliste colonial au XXe siècle a entraîné la connexion des systèmes de production à l'économie internationale, et des migrations sans précédent de cultivateurs, d 'éleveurs, et de producteurs forestiers. Parallèlement à ces processus socioéconomiques et territoriaux, et dans un contexte de forte activité solaire, les sécheresses se sont paradoxalement accentuées au Centre-Est sénégalais. Pour comprendre les enjeux socioéconomiques et écologiques associés à ces processus, l'hypothèse suivante a été avancée: du fait de la mise en place du système économique capitaliste au XXe siècle, le Centre-Est sénégalais a été affecté par une rupture socio-économique qui a entraîné celle des systèmes écologiques. Pour vérifier cette hypothèse, une analyse diachronique basée sur une approche systémique, et sur des enquêtes socio-économiques, l'analyse de discours, des relevés biogéographiques, la photointerprétation, la télédétection, la cartographie, et l'analyse statistique, a été réalisée. Les résultats montrent que, sous l'effet du système colonial, les structures socio-économiques se sont morcelées au XXe siècle. Du fait de la logique capitaliste de croissance continue de la production, la perception révérencieuse de la nature, et les lnéthodes et techniques d' exploitation qui permettaient la régénération écologique, sont devenues destructives des systèmes écologiques au XXe siècle. Ces derniers n'ont pas connu de perturbations majeures et durables avant le XXe siècle, et semblent avoir été contrôlés principalement par l'activité solaire. Cependant au XXe siècle, des indicateurs de dégradation du couvert végétal, des sols notamment sont apparus au Centre-Est sénégalais. En même temps, le climat s'y est réchauffé, et s'y est paradoxalement asséché. Ce réchauffement s'oppose également, dans la région d'étude, à l'affaiblissement du rayonnement solaire, qui tranche aussi avec le contexte de forte activité solaire. Le Centre-Est sénégalais est ainsi affecté par une rupture socio-économique et écologique au XXe siècle. L'échec de la connexion de l'économie locale au capitalisme explique l'incompatibilité entre systèmes-socio-économiques et la nécessité d'assurer la durabilité des ressources naturelles.

L'augmentation des températures et de la fréquence des dépositions azotées remarquées en Arctique depuis la fin du 20e siècle pourrait radicalement changer la disponibilité en nutriments pour la végétation de la toundra. Par ailleurs, les herbivores sont reconnus pour imposer une forte pression sur cette végétation via le broutement. Ce projet vise donc à déterminer au cours des deux dernières décennies (2003-2019): 1) quel phénomène entre le réchauffement climatique et les dépositions azotées transforme le plus la végétation des milieux humides de toundra ainsi que 2) quelle est la réponse temporelle de la végétation à une augmentation de la disponibilité en nutriments et 3) quel est l'impact du broutement sur la végétation en fonction du réchauffement climatique et des dépositions azotées. Une expérience de fertilisation simulant les apports en nutriments du réchauffement climatique et des dépositions azotées a été menée pendant 17 années dans les milieux humides de l'île Bylot, un site d'alimentation estivale de la Grande Oie des neiges dans le Haut-Arctique canadien. En plus de la fertilisation, des exclos ont été installés afin de soustraire une partie de la végétation à l'herbivorisme des oies. Nous avons constaté que les effets du réchauffement climatique sont plus importants que ceux des dépositions azotées et favorisent la transition d'une toundra à mousses vers une toundra à plantes graminoïdes. Cependant, cette transition était soumise à un décalage temporel allant jusqu'à 17 années, ce qui suggère une libération des nutriments par la décomposition des parties inférieures du tapis de mousse. Pour sa part, le broutement parles oies diminue davantage la productivité primaire et la litière des plantes graminoïdes que l'effet négatif du piétinement sur la croissance des mousses. Ainsi, l'herbivorisme par la Grande Oie des neiges favorise la stabilité des milieux humides de toundra dominés par les mousses en réponse au réchauffement climatique. / The increase in temperature and frequency of nitrogen deposition observed in the Arctic since the end of the 20th century could radically change the availability of nutrients for tundra vegetation. Moreover, herbivores are known to impose a strong pressure on this vegetation via grazing. This project aims to determine over the last two decades (2003-2019): 1) which phenomenon between global warming and nitrogen deposition is most likely to transform the vegetation of tundra wetlands; 2) what is the temporal response of vegetation to an increase in nutrient availability, and 3) what is the impact of grazing on vegetation in the context of global warming and nitrogen deposition. A fertilization experiment simulating nutrient contributions from global warming and nitrogen deposition was conducted for 17 years in the tundra wetlands of Bylot Island, a summer feeding site for Greater Snow Goose in the Canadian High Arctic. In addition to fertilization, exclosures were installed to prevent goose grazing and grubbing on the above and below ground vegetation. Results showed that over the past 17 years, the effects of global warming are more important than those of nitrogen deposition and promote the transition from moss-dominated tundra wetlands to graminoid-dominated tundra wetlands. However, this transition was subject to a time lag of up to 17 years, suggesting a release of nutrients via decomposition of the lower parts of the moss mat. On the other hand, goose grazing decreased primary productivity and litter biomass of graminoid plants more than trampling on moss growth. Thus, grazing by Greater Snow Geese promotes the stability of moss-dominated tundra wetlands in response to global warming.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Devant l'urgence climatique, l'aménagement forestier peut contribuer à la lutte contre les changements climatiques, notamment par la production de produits du bois qui stockent du carbone hors de l'atmosphère pendant de longues périodes en substituant par le fait même des matériaux plus polluants. La coupe partielle, un procédé sylvicole qui tarde à être utilisé plus largement au Québec, fait tranquillement ses preuves en forêt boréale quant à son potentiel pour l'adaptation et l'atténuation des changements climatiques. Le but de ce mémoire était d'évaluer la capacité à créer des produits du bois de haute valeur et de longue durée de vie de deux types de coupe partielle en forêt boréale. Plus spécifiquement, le but était de comparer l'effet de la coupe progressive irrégulière à couvert permanent et de l'éclaircie commerciale sur le potentiel de croissance des arbres résiduels et leur rendement en produits du sciage et ce, par rapport au scénario de référence de la coupe totale. En utilisant la Forêt Montmorency comme étude de cas, le modèle 3-PG a été utilisé pour simuler la croissance et la coupe de peuplements monospécifiques de sapin baumier (Abies balsamea (L.) Mill) et d'épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss). Grâce à StatSAW, l'assortiment de produits du bois issu des récoltes a été établi selon les différents traitements de récolte. Les résultats les plus marquants ont été observés sur le diamètre quadratique des tiges résiduelles. Pour le sapin baumier, des gains de 1,9, 2,5 et 3,3 cm ont été observés lors de la coupe finale à 70 ans pour les peuplements ayant subi à 30 ans des éclaircies commerciales de 25%, 33% et 40% de la surface terrière respectivement, par rapport à des peuplements non traités. Pour des peuplements soumis à la coupe progressive irrégulière à couvert permanent, un gain de 5,6 et 3,3 cm a été observé comparativement au contrôle à 70 et 90 ans. Pour l'épinette blanche, des gains de 1,8, 2,5 et 3,2 cm ont été observés pour l'éclaircie commerciale à 25%, 33% et 40% respectivement. Pour la coupe progressive irrégulière à couvert permanent, un gain de 5,1 et 3,6 cm a été observé comparativement au contrôle à 70 et 90 ans. Malgré les gains significatifs en diamètre chez les deux essences, l'assortiment de produits du bois cumulatif des scénarios avec éclaircie commerciale à la suite de la coupe finale à 70 ans ne s'est pas distingué du scénario de référence de la coupe totale (sans éclaircie). Cependant, dans une perspective de récolte à perpétuité, la coupe progressive irrégulière à couvert permanent a démontré le meilleur potentiel de génération de produits du bois de grandes dimensions pouvant stocker du carbone sur de longues périodes. En effet, la transition vers une structure de peuplement irrégulière, complétée à 90 ans, devrait permettre des coupes subséquentes qui affichent les meilleures proportions de sciage, avec les dimensions de produits les plus grandes ayant un fort potentiel d'utilisation en construction, où les meilleurs temps de demi-vie sont observés. Dans l'optique de mieux établir le potentiel des coupes partielles à lutter contre les changements climatiques, un bilan carbone complet serait nécessaire, en incluant l'ensemble de la dynamique du carbone de l'écosystème et des produits du bois. Également, il serait nécessaire d'évaluer l'impact de perturbations naturelles, comme la tordeuse des bourgeons d'épinettes, sur les peuplements issus de ce type de coupe. Somme toute, les résultats suggèrent que les coupes partielles, notamment celles faisant partie d'un système de récolte à couvert permanent, ont un fort potentiel de lutte contre les changements climatiques. / In the face of the climate emergency, forest management can contribute to the fight against climate change, notably through the production of wood products that sequester carbon out of the atmosphere for long periods of time, thereby substituting more polluting materials. Partial cutting, a silvicultural process that has been slow to be used more widely in Quebec, is gradually proving its potential in the boreal forest for adaptation and mitigation of climate change. The purpose of this thesis was to evaluate the performance of two types of partial cutting to create high quality wood products with long half-life cycle in the boreal forest. More specifically, the goal was to compare the effect of continuous cover irregular shelterwood and commercial thinning on growth potential of residual stems and wood product yield compared to the control scenario of clearcutting only. Using the Montmorency Forest as a case study, the 3-PG model was used to simulate the growth and harvesting of monospecific stands of balsam fir (Abies balsamea (L.) Mill) and white spruce (Picea glauca (Moench) Voss). Using StatSAW, the assortment of wood products from harvests was estimated for the different treatments. The most striking results were observed on the quadratic diameter of residual stems. For balsam fir, a gain of 1.9, 2.5 and 3.3 cm was observed following commercial thinning of 25%, 33% and 40% of the basal area respectively. For stands submitted to the continuous cover system, a gain of 5.6 and 3.3 cm was observed compared to the control at 70 and 90 years. For white spruce, a gain of 1.8, 2.5 and 3.2 cm was observed for the commercial thinning at 25%, 33% and 40% respectively. For the continuous cover, a gain of 5.1 and 3.6 cm was observed compared to the control (clearcut only) at 70 and 90 years. Despite the significant gains in diameter in both species, the cumulative assortment of products of the commercial thinning at the final cut of 70 years did not differ from the reference of clearcutting (without thinning). However, from a perpetual harvesting perspective, continuous cover irregular shelterwood showed the best potential for generating larger-sized wood products that can store carbon over long periods. The last harvest, which would be repeated in subsequent cuts, shows the highest sawnwood proportions, with the largest product sizes having high potential for construction use, where the longest half-life times are observed. To better establish the potential of partial cuts to address climate change, a full carbon budget would be required, including the carbon dynamics in ecosystems and wood products. Also, it would be necessary to evaluate the impact of natural disturbances, such as the spruce budworm, on stands treated by this type of harvesting. In conclusion, the results suggest that partial cuts, particularly when included in a continuous cover harvest system, have a strong potential to contribute to climate change mitigation.

L'augmentation de la décomposition de la matière organique des cryosols arctiques sous l'effet du réchauffement et de la dégradation du pergélisol contribuerait à une rétroaction positive sur les changements climatiques. Nous étudions le fonctionnement biogéochimique de deux Cryosols: un cryosol histique (H) et un cryosol turbique (T), en conditions naturelles et réchauffés. Les profils ont été instrumentés à Salluit (Nunavik, Canada) et les mesures ont été faites pendant les étés 2010 et 2011. Le réchauffement augmente la respiration de l'écosystème (ER) de manière plus intense pour H que pour T, bien que ER pour H soit plus faible. La sensibilité thermique de ER (Q10) est supérieure pour T que pour H et diminue avec le réchauffement. L'étude montre que les cycles journaliers de ER en fonction de la temperature forment des hystérésis. La variance de ER est mieux expliquée en utilisant la température minimale de la journée et la profondeur du front de dégel pour H. Pour T, l'ajout de la vitesse du vent et la radiation solaire améliore l'explication de la variance de ER. Nous montrons trois dynamiques spécifiques aux écosystèmes nordiques: 1) ER dépendant des propriétés du sol et de la solution du sol ; 2) rôle de variables thermo-indépendantes sur ER et 3) variations journalières du Q10 et interannuelles de la respiration basale. La décomposition de la matière organique est la principale source de CO2 pour H alors que les processus végétaux contrôlent ER pour T. Nos résultats contribuent à la compréhension et à l'extrapolation des mesures ponctuelles dans les écosystèmes de toundra, améliorant ainsi la modélisation du cycle du carbone dans les cryosols. / Increased organic mater decomposition rate in Arctic Cryosols due to warming and to permafrost thawing can lead to the release of greenhouse gases, thus potentially creating a positive feedback on climate change. We studied the biogeochemical functioning of two different permafrost-affected soils (i.e. Cryosols): a Histic Cryosol (H) and a Turbic Cryosol (T), both in natural conditions and under an experimental warming. Profiles were instrumented in Salluit (Nunavik, Canada) and monitored during summers 2010 and 2011. The induced warming increased CO2 fluxes in both soils; this impact was however more striking at H even if ER was lower than at T. Temperature sensitivity of ER (Q10) was higher at T than at H and decreased both with warming. We highlighted that diurnal ER cycles as a function of temperature showed hysteretic loops. Linear models performed to explain ER variance were improved adding daily minimum temperature and thaw front depth at H. In contrast at T, adding wind speed and solar radiation in models improved the ER variance explanation. We showed three specific CO2 flux dynamics related to northern ecosystems: 1) the large difference of ER depending on soil properties and soil solution composition; 2) environmental variables strongly alter CO2 fluxes and 3) the diurnal Q10 variations and the inter annual variability of basal respiration. Our results support the assumption that organic matter decomposition might be the major source of CO2 at H while plant-derived processes dominated ER at T. Our results contribute to understand and extrapolate the numerous punctual measurements of CO2 fluxes from tundra ecosystems improving carbon cycle modeling in Cryosols.

Les infrastructures de transport est essentielle au maintien et à l'expansion des activités sociales et économiques dans les régions circumpolaires. À mesure que le climat se réchauffe, la dégradation du pergélisol sous les remblais a entraîné de graves dommages structuraux à la route, entraînant une augmentation importante des coûts d'entretien et une réduction de la durée de vie des infrastructures. Pendant ce temps, l'advection de chaleur déclenchée par les écoulements d’eau souterrains peut altérer le bilan énergétique du remblai et du pergélisol sous-jacent et modifier le régime thermique des remblais routiers. Cependant, peu de recherches ont été effectuées pour comprendre la synergie entre les processus thermiques de surface et souterrains des remblais routiers des régions froides. L'objectif de cette recherche était de comprendre les interactions thermiques entre l'atmosphère, le remblai routier, les écoulements d’eau et le pergélisol dans le contexte du changement climatique. Cette base, de connaissances est nécessaire pour la conception technique, l'entretien des routes et l'évaluation de la vulnérabilité des infrastructures. Les travaux de recherche ont permis de développer de nouvelles méthodes d'analyse thermique pour caractériser et identifier le rôle de l'advection thermique sur le changement de température d'un remblai routier expérimental au Yukon (Canada) en termes d’intensité, de vitesse et de profondeur de l'impact thermique. Les résultats montrent que l'augmentation de la température due aux flux de chaleur advectifs déclenchés par l’écoulement d'eau peut être jusqu'à deux ordres de grandeur plus rapide qu'en raison du seul réchauffement atmosphérique. La recherche a ensuite présenté un bilan énergétique de surface pour quantifier la quantité d'énergie entrant dans le centre et la pente du remblai avec des épaisseurs et des propriétés de neige variables. Le tout a été appuyé par des observations géothermique de plusieurs années et une grande quantité de données météorologiques. Les résultats illustrent que le bilan énergétique de surface est principalement contrôlé par le rayonnement net et moins par le flux de chaleur sensible. Le flux de chaleur transmis à la pente du remblai diminue de façon exponentielle avec l'augmentation de l'épaisseur de la neige et diminue de façon linéaire avec l’installation du couvert de neige et la longueur de la période d’enneigement. De plus, un modèle de bilan énergétique de surface et un modèle cryohydrologique entièrement couplé ont été développés pour étudier l'impact thermique de l'advection de chaleur associée à l'écoulement de l'eau souterraine sur le dégel du pergélisol et le développement de taliks (c.-à-d. zone perpétuellement non gelée dans les zones de pergélisol). Le modèle couplé a réussi à reproduire la tendance à la hausse du plafond du pergélisol (erreur absolue moyenne <0,2 m) au cours de la période 1997-2018. Les résultats montrent que l'advection de chaleur a fourni une source d'énergie supplémentaire pour accélérer le dégel du pergélisol et a doublé le taux d’augmentation de l’épaisseur de la couche active 0,1 m·a-1 à 0,19 m·a-1, par rapport au scénario où aucun écoulement d'eau ne se produit. Le talik s'est initialement formé et développé en fonction du temps sous l’effet combiné des écoulement d’eau, de l'isolation de la neige, de la construction de la route et du réchauffement climatique. Le débit d'eau souterraine a relié des corps isolés de talik et a amené le remblai de la route dans un état thermique irréversible, en raison de la rétroaction de l'eau liquide (effet de chaleur latente) piégée dans le talik. Ces résultats montrent l'importance de l'advection de chaleur induite par l'écoulement d'eau sur le régime thermique de la sous-couche (c.-à-d. la couche de matériau de remblai) et du sous-sol (c.-à-d. le matériau natif sous un remblai) du remblai lorsque le remblai routier intercepte le drainage local. De plus, les résultats obtenus soulignent la nécessité de coupler les processus thermiques de surface et souterrains dans le but d'évaluer la stabilité thermique des routes subarctiques. / Transportation infrastructure is crucial to maintaining and expanding the social and economic activities in circumpolar regions. As the climate warms, degradation of the permafrost causes severe structural damages to the road embankment, leading to large increases in maintenance costs and reductions in its lifespan. Meanwhile, heat advection triggered by mobile water flow can alter energy balance of the embankment and underlying permafrost and modify the thermal regime of road embankments. However, little research has been done to understand the synergy between surface and subsurface thermal processes of cold region road embankments. The overall goal of this research was to elucidate thermal interactions between the atmosphere, the road embankment, mobile water flow, and permafrost within the context of climate change. This knowledge is needed for engineered design, road maintenance, and infrastructure vulnerability assessment. The research first used new thermal analysis to characterize and identify the role of heat advection on temperature change of an experimental road embankment, Yukon, Canada in terms of magnitude, rate and thermal impact depth. It shows that soil temperature increase due to advective heat fluxes triggered by mobile water flow can be up to two orders of magnitude faster than due to atmospheric warming only. The research then presented a novel surface energy balance to quantify the amount of ground heat flux entering the embankment center and slope with varying snow depth and properties, supported by multi-year thermal and meteorological observations. My results illustrate that the surface energy budget is mainly controlled by net radiation, and less by the sensible heat flux. The ground heat flux released at embankment slope exponentially decreased with the increase of snow depth, and was linearly reduced with earlier snow cover and longer snow-covered period. A fully integrated surface energy balance and cryohydrogeological model was implemented to investigate the thermal impact of heat advection associated with subsurface water flow on permafrost thaw and talik (i.e., perennially unfrozen zone in permafrost areas) development. The integrated model successfully reproduced the observed increasing trend of the active layer depth (mean absolute error < 0.2 m) over the 1997-2018 period. The results show that heat advection provided an additional energy source to expedite permafrost thaw, doubling the increasing rate of permafrost table depth from 0.1 m·a-1 to 0.19 m·a-1, compared with the scenario where no water flow occurs. Talik formation and development occurred over time under the combined effect of subsurface water flow, snow insulation, road construction and climate warming. Subsurface water flow connected isolated talik bodies and triggered an irreversible thermal state for the road embankment, due to a local feedback mechanism (latent heat effect) of trapped, unfrozen water in talik. These findings elucidate the importance of heat advection induced by mobile water flow on the thermal regime of embankment subbase (i.e., a layer of fill material) and subgrade (i.e., the native material under an embankment) when the road embankment intercepts the local drainage. Furthermore, the obtained results emphasize the need to couple surface and subsurface thermal processes to evaluate the thermal stability of sub-Arctic roads.

La végétation herbacée est un bon indicateur des conditions environnementales. Pour cette raison, elle a souvent été utilisée pour mettre en évidence les changements environnementaux causés par les actions humaines, tels qu'eutrophisation, dépôts atmosphériques acides, changements de l'usage des sols ou de la pression d'herbivorie. Depuis peu, on s'intéresse aux effets des changements climatiques sur les écosystèmes en général, et sur la végétation en particulier. Le choix des zones d'étude s'est naturellement porté sur la montagne, car le gradient thermique induit par le relief (-0,56°C pour 100 mètres d'altitude) y est mille fois plus élevé qu'en plaine le long du gradient latitudinal. D'autre part, les zones de montagne sont soumises à une urbanisation et une pression agricole moindre qu'en plaine, limitant ainsi les obstacles à la migration des espèces. Ces deux arguments font des régions de montagne une zone privilégiée pour l'étude de la réponse migratoire précoce de la végétation aux changements climatiques. Jusqu'ici, les études effectuées se sont focalisées pour la plupart sur la limite supérieure des espèces, ou sur de petites zones géographiques, ou bien encore sur des zones où il est difficile de dissocier les effets du réchauffement de ceux des changements d'usage des sols, qui se produisent eux aussi à grande échelle. Une partie de cette thèse est consacrée aux milieux forestiers montagnards, dans lesquels l'effet du pastoralisme est réduit. D'autre part, une méthode basée sur la modélisation des changements de la réponse de la végétation au gradient d'altitude est développée, permettant le rééchantillonnage sur placettes non-permanentes, et ainsi d'étendre l'utilisation de données anciennes à des séries de relevés non géolocalisés. En s'appuyant sur cette méthode, deux caractéristiques de la végétation ont été analysées : la position de l'optimum d'espèces prises individuellement d'une part (données de l'Inventaire Forestier National dans les montagnes méditerranéennes du sud-est de la France), et les changements de la valeur indicatrice des communautés végétales d'autre part (vallée de la Maurienne, France). Par ailleurs, on a étudié les déplacements à long terme de la limite inférieure des espèces dans la vallée de la Bernina (Suisse), pour tester si la réponse des espèces en limite inférieure, peu étudiée jusque là, est identique à celle en limite supérieure de leur distribution. Enfin, on a étudié l'évolution de la flore d'une zone très localisée, mais par ailleurs protégée des migrations d'espèces par une large barrière physique constituée par deux glaciers (Nunatak Isla Persa, Bernina, Suisse) permettant de s'affranchir totalement des effets potentiels d'autres perturbations anthropiques concomitantes. Dans ces différentes études, les intervalles de temps entre chaque inventaire ou échantillonnage varient de 14 ans à un siècle. Chacun des cas étudiés montre une remontée des espèces en altitude : remontée moyenne de +12,6 m/décennie des optimums de 175 espèces forestières dans les montagnes méditerranéennes, communautés des forêts de Maurienne évoluant vers une végétation plus thermophile à une altitude donnée équivalent à une remontée moyenne de +29.6m/décennie, retrait de la limite inférieure des espèces en Bernina de +5,6 m/décennie, arrivée d'espèce d'étages inférieurs sur le nunatak Isla Persa. Mais d'autres phénomènes expliquant la réponse observée de la végétation sont clairement mis en cause dans cette étude : fermeture et maturation du couvert forestier relativement plus importante à basse altitude dans les montagnes méditerranéennes, eutrophisation importante de la végétation en vallée de la Maurienne probablement due à l'augmentation du trafic routier, probable fragmentation de l'habitat ou dispersion par les randonneurs en Bernina. Ces perturbations anthropiques directes jouent à des échelles de temps et d'espace comparables à l'effet anthropique indirect du changement climatique. Il est donc primordial de les prendre en compte dans les changements de végétation observés, avant de conclure à un effet du réchauffement climatique seul.

Les préoccupations actuelles sur le réchauffement climatique et la déplétion des ressources fossiles exigent une mutation basée sur le développement durable. Ainsi, afin de garder nos acquis en termes de mobilité, il est extrêmement important de trouver des solutions de propulsion propres et efficaces. C'est pourquoi, la conception optimale systémique des chaînes de traction électrique est un enjeu majeur.<br /><br />La thèse présente une méthodologie rationnelle pour la conception optimale systémique appliquée à la conception des chaînes de traction électrique. La méthodologie est générale et se base sur l'optimisation sous contraintes. Elle intègre l'utilisation de différents niveaux de granularité au sein du modèle de conception. Une interface a été développée afin d'appliquer aisément cette méthodologie à des cas pratiques variés. Deux objectifs ont été traités, le premier concerne la définition des cahiers des charges des composants, le deuxième concerne la conception détaillée d'un composant de la chaîne de traction en prenant en compte l'ensemble du système. Ces applications mettent en évidence les avantages de la méthodologie proposée et l'importance de l'approche systémique.

Human activities have contributed to the increase in atmospheric greenhouse gases such as carbon dioxide (CO2). This anthropogenic gas emission has led to a rise in the average Earth temperature. Moreover, the ocean constitutes the major sink for anthropogenic CO2 and its dissolution in surface waters has already resulted in an increase of seawater acidity since the beginning of the industrial revolution. This is commonly called ocean acidification. The increase in water temperature could induce modifications of the physical and chemical characteristics of the ocean. Also, the structure and the functioning of marine ecosystems may be altered as a result of ocean acidification. <p>Phytoplankton productivity is one of the primary controls in regulating our climate, for instance via impact on atmospheric CO2 levels. Coccolithophores, of which Emiliania huxleyi is the most abundant species, are considered to be the most important pelagic calcifying organisms on Earth. Coccolithophores are characterized by calcium carbonate platelets (coccoliths) covering the exterior of the cells. They form massive blooms in temperate and sub-polar oceans and in particular along continental margin and in shelf seas. The intrinsic coupling of organic matter production and calcification in coccolithophores underlines their biogeochemical importance in the marine carbon cycle. Both processes are susceptible to change with ocean acidification and warming. Coccolithophores are further known to produce transparent exopolymer particles (TEP) that promote particle aggregation and related processes such as marine snow formation and sinking. Thus, the impact of ocean warming and acidification on coccolithophores needs to be studied and this can be carried out through a transdisciplinary approach.<p>The first part of this thesis consisted of laboratory experiments on E. huxleyi under controlled conditions. The aim was to estimate the effect of increasing water temperature and acidity on E. huxleyi and especially on the calcification. Cultures were conducted at different partial pressures of CO2 (pCO2); the values considered were 180, 380 and 750 ppm corresponding to past, present and future (year 2100) atmospheric pCO2. These experiments were conducted at 13°C and 18°C. The cellular calcite concentration decreases with increasing pCO2. In addition, it decreases by 34 % at 380 ppm and by 7 % at 750 ppm with an increase in temperature of 5°C. Changes in calcite production at future pCO2 values are reflected in deteriorated coccolith morphology, while temperature does not affect coccolith morphology. Our findings suggest that the sole future increase of pCO2 may have a larger negative impact on calcification than its interacting effect with temperature or the increase in temperature alone. The evolution of culture experiments allows a better comprehension of the development of a bloom in natural environments. Indeed, in order to predict the future evolution of calcifying organisms, it is required to better understand the present-day biogeochemistry and ecology of pelagic calcifying communities under field conditions.<p>The second part of this dissertation was dedicated to results obtained during field investigations in the northern Bay of Biscay, where frequent and recurrent coccolithophorid blooms were observed. Cruises, assisted by remote sensing, were carried out along the continental margin in 2006 (29 May – 10 June), 2007 (7 May – 24 May) and 2008 (5 May – 23 May). Relevant biogeochemical parameters were measured in the water column (temperature, salinity, dissolved oxygen, Chlorophyll-a and nutrient concentrations) in order to determine the status of the bloom at the time of the different campaigns. Calcification has been shown to be extremely important in the study area. In addition, TEP production was significant at some stations, suggesting that the northern Bay of Biscay could constitute an area of important carbon export. Mortality factors for coccolithophores were studied and the first results of lysis rates measured in this region were presented. <p>Results obtained during culture experiments and comparison with data reported in the literature help to better understand and to predict the future of coccolithophores in a context of climate change. Data obtained during either culture experiments or field investigations allowed a better understanding of the TEP dynamics. Finally, the high lysis rates obtained demonstrate the importance of this process in bloom decline. Nevertheless, it is clear that we only begin to understand the effects of global change on marine biogeochemistry, carbon cycling and potential feedbacks on increasing atmospheric CO2. Thus, further research with a combination of laboratory experiments, field measurements and modelling are encouraged.<p><p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Durant ces dernières années, les émissions de CO2 liées à l’utilisation des voitures ont atteint des niveaux critiques contribuant au réchauffement climatique et causant des problèmes de santé. Afin de réduire ces émissions, l’industrie automobile française a décidé de réduire la masse des véhicules via l’utilisation de matériaux plus légers tels que les matériaux composites. Cependant, les techniques d'assemblage classiquement utilisées ne sont pas compatibles pour assembler ces nouveaux matériaux à la structure du véhicule (acier et aluminium). Le principal objectif de cette étude a donc été la caractérisation et la modélisation de nouvelles techniques d'assemblages multimatériaux permettant une bonne résistance mécanique.Quatre techniques d’assemblages multi-matériaux (métal/composite) ont été étudiées : (i) le collage par goujon, (ii) la soudure laser, (iii) le rivetage auto-perçant et (iv) le collage. Des essais traditionnels de simple recouvrement et de traction transverse ont été utilisés pour caractériser les deux premières techniques. Ensuite, un nouveau test de caractérisation basé sur un dispositif Arcan modifié a été proposé pour analyser le comportement des assemblages rivetés et le collage. Parmi les quatre techniques testées, le collage a été retenu comme la technique la plus adaptée aux exigences de l'industrie. Par conséquent, des essais Arcan ont été réalisés afin de déterminer le comportement quasi-statique des adhésifs de l’étude (Betamate1822 et Sikapower498). Ces essais ont ensuite été utilisés pour proposer et identifier une nouvelle loi de comportement 3D viscoélastique spectrale non-linéaire. La procédure d'identification des paramètres des adhésifs n'est basée que sur trois essais de fluage multiniveaux, permettant un dimensionnement rapide des structures collées. Enfin, la loi de comportement proposée a été validée grâce à la bonne corrélation entre les prédictions numériques et les courbes expérimentales des essais monotones à différents vitesses de sollicitation et des essais de traction incrémentale.La présente étude a été développée dans le cadre d’un projet automobile. Néanmoins, les conclusions et les perspectives de l'étude peuvent être extrapolées à d'autres domaines tout aussi intéressants. / Nowadays, the emissions of CO2 due to the use of automobiles have reached critical levels causing global warming and health problems. In order to reduce these emissions, the French automotive industry has decided to reduce the car weight by means of the use of lighter materials such as composite materials. However, the classical joining techniques are not adapted to assembly these new materials to the structure of the car (aluminum and steel alloys). Therefore, the characterization and modeling of new joining techniques of dissimilar materials is a problem that has been treated in the current study.Four different joining techniques of dissimilar materials (metal/composite) have been studied: (i) stud bonding, (ii) laser welding, (iii) self-pierce riveting and (iv) adhesive bonding systems. Traditional lap-shear and cross-tension tests were used to characterize the first two joining techniques. Then, a new characterization test based on a modified Arcan device has been proposed to analyze the behavior of self-piercing rivet and adhesive bonding systems. Among all the four tested techniques, adhesive joints have been selected as the most adapted technique according to the requirements of the industry. Therefore, modified Arcan tests have been performed in order to determine the behavior of the adhesives of the study (Betamate1822 and Sikapower498). These tests were then used to propose and identify a new 3D non-linear viscoelastic spectral model. The identification procedure of the material parameters is only based on three multilevel creep tests, which permits the rapid dimensioning of adhesively bonded structures. Finally, the proposed behavior law was validated by the good concordance between the numerical predictions and the experimental curves of monotonic tests at different loading rates and increasing cyclic tests.The current study was developed in the framework of an automotive project. Nevertheless, the conclusions and prospects of the study can be extrapolated to other interesting fields.

Les émissions anthropiques de dioxyde de carbone (CO2) ont augmenté depuis la révolution industrielle, entraînant des modifications dans les teneurs atmosphériques en CO2 et un accroissement de la pression partielle de CO2 (pCO2) océanique. L’absorption du CO2 par les océans a entraîné une baisse du pH des eaux de surface, correspondant à une augmentation de l’acidité d’environ 30 % par rapport aux valeurs préindustrielles. D’autre part, l’accumulation de CO2 anthropique dans l'atmosphère a également induit un réchauffement des eaux de surface depuis le milieu du 20e siècle. Le devenir des communautés planctoniques face à ces altérations actuelles et futures de leur environnement demeure incertain. On ignore également comment l’acidification et le réchauffement affecteront la production du diméthylsulfure (DMS), un gaz sulfuré d’origine planctonique impliqué dans la régulation du climat. Le but de cette thèse est de déterminer l’impact d’une augmentation de la pCO2 sur le développement des floraisons phytoplanctoniques de l'estuaire maritime du Saint-Laurent (EMSL) et la production de DMS, ainsi que d’évaluer dans quelle mesure le réchauffement des eaux de surface modulera l’effet de l’acidification. Deux grandes expériences ont été menées au cours de la thèse. Une première expérience en microcosmes (~20 L) a été conduite à l’été 2013 afin d’étudier les effets de la pCO2 sur la floraison printanière des diatomées dans L’EMSL, en portant une attention particulière aux processus microbiens régissant la production de DMS. Une seconde expérience de type multifactorielle en mésocosmes (~2600 L) a été conduite à l’automne 2014 afin de déterminer l’impact combiné de l’augmentation de la pCO2 et du réchauffement sur le développement de la floraison automnale de l’EMSL et la production du DMS. Les résultats de l’expérience en microcosmes montrent que les communautés phytoplanctoniques responsables de la floraison printanière dans l’EMSL sont résistantes à des augmentations de la pCO2 supérieures aux valeurs attendues pour 2100. Cette résistance reflète vraisemblablement leur adaptation au milieu estuarien, environnement connu pour ses variations de pCO2 importantes et rapides. Cette première expérience a également mis en évidence une diminution de 15 et de 40 % des concentrations moyennes de DMS chez les communautés respectivement soumises à des pCO2 de 1850 μatm et 2700 μatm par rapport au contrôle (~775 μatm). Des incubations menées en parallèle ont permis de montrer, au moyen de 35S-DMSPd, que l’effet négatif de l’acidification sur le DMS résultait en grande partie d’une diminution de l’efficacité de conversion du DMSP en DMS par les bactéries. La deuxième expérience a également mis en évidence une forte résistance de la diatomée Skeletonema costatum à une large gamme de pH (~8.0–7.2) et de pCO2 (~90–3000 μatm). Lors de cette étude, un réchauffement des eaux de 5 °C a accéléré le développement et le déclin de la floraison, mais n’a pas eu d’effet sur la production primaire intégrée pendant l’expérience. À l’instar de l’expérience en microcosmes, l’augmentation de la pCO2 a provoqué une diminution des concentrations moyennes de DMS de ~66 % dans les mésocosmes les plus acidifiés par rapport aux traitements les moins acidifiés à température in situ (10 °C). L’effet négatif d’une augmentation de la pCO2 sur la production nette de DMS pourrait cependant être annulé par le réchauffement des eaux de surface. En effet, mes résultats révèlent que la production nette de DMS était plus élevée à 15 °C par rapport à 10 °C et ce à toutes les pCO2 testées. Ces résultats inédits suggèrent que le réchauffement attendu des eaux de surface pourrait contrer en partie l’effet négatif de l’acidification sur la production nette de DMS dans l’EMSL et possiblement dans l’océan mondial. / Anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions have increased since the industrial revolution, leading to modifications in atmospheric CO2 content and an increase in oceanic CO2 partial pressures (pCO2). The uptake of CO2 by the oceans has resulted in a lowering of surface water pH, corresponding to an increase in the acidity of the oceans by ~30 % compared with pre-industrial times. Furthermore, climate change resulting from the accumulation of anthropogenic CO2 in the atmosphere is responsible for the observed warming of sea surface temperatures since the mid 20th century. The fate of planktonic communities in the face of these changes in the marine environment over the next century remains uncertain. Even less understood are the possible interactions of acidification and warming on the production of dimethylsulfide (DMS), a sulfur-containing gas produced by planktonic communities and involved in climate regulation. The aim of this thesis is to determine the impact of heightened pCO2 on the development of the phytoplanktonic blooms in the Lower St. Lawrence Estuary (LSLE), and their production of DMS, as well as to evaluate how concomitant warming could modulate the effects of acidification. Two intricate experiments were carried out during this study. First, a microcosm experiment (~20 L) was conducted in the summer of 2013 to assess the effects of pCO2 on the development of the LSLE spring diatom bloom, paying special attention to the microbial processes governing the production of DMS. Second, a multifactorial mesocosm experiment (~2600 L) was carried out in the fall of 2014 to investigate the combined effects of pCO2 and temperature on the development of the fall bloom in the LSLE and the production of DMS. Results from our microcosm experiment show that the blooming phytoplankton community of the LSLE during spring is resistant to pCO2 increases superior to the expected values for 2100. This resistance likely reflects its adaptation to the estuarine setting, an environment known for rapid and intense fluctuations of pCO2. This first experiment has also highlighted a reduction of the average concentrations of DMS by 15 and 40 % in planktonic assemblages respectively subjected to pCO2 of ~1850 μatm and ~2700 μatm compared to the control (~775 μatm). Parallel incubations have shown, using 35S-DMSPd, that the negative effect of acidification on DMS mostly stemmed from a decrease in the conversion efficiency of DMSP to DMS by bacteria. The second experiment has also highlighted a strong resistance of the diatom Skeletonema costatum to a wide range of pH (~8.0–7.2), and corresponding pCO2 (~90–3000 μatm). In this study, a warming of 5 °C accelerated the development and decline of the bloom, but did not affect the integrated primary production over the duration of the experiment. As in the first experiment, heightened pCO2 resulted in a decrease of average concentrations of DMS of ~66 % in the most acidified mesocosms compared to the least acidified mesocosms at in situ temperature (10 °C). However, the negative effect of an increase in pCO2 on the net production of DMS could be mitigated by a warming of surface waters. Indeed, my results reveal that the net production of DMS was higher at 15 °C compared to 10 °C over the whole pCO2 gradient in our mesocosm study. These novel results suggest that warming of surface waters could mitigate, at least partly, the negative effect of acidification on DMS net production in the LSLE and perhaps in the world’s oceans.