Le silicium (Si) sous forme dissoute (DSi) est indispensable à la croissance des diatomées, (microalgues) qui sont un élément clé des réseaux trophiques aquatiques terrestres et océaniques et qui jouent un rôle majeur dans le cycle global du carbone.<p>La construction d’un modèle global du cycle de Si le long du continuum aquatique continent-océan a permis de mettre en évidence l’importance de la zone de transition fleuve-mer pour le transfert du silicium continental vers les océans. Ce transfert est influencé par les diatomées planctoniques qui fixent le DSi et, en sédimentant, retiennent une partie du silicium continental dans les sédiments des estuaires.<p>Les modifications des flux de Si continentaux par les diatomées planctoniques dans les estuaires ont été clarifiées par :<p>1) des expériences sur l’écophysiologie d’une diatomée d’eau douce euryhaline (Cyclotella meneghiniana) particulièrement peu affectée par l’augmentation de salinité subi par le plancton lors de son transport des fleuves à la mer,<p>2) l’étude de la dissolution de la silice biogénique (bSiO2) qui constitue la coque externe des diatomées, et notamment l’effet de la salinité et des bactéries sur ce processus de recyclage du DSi,<p>3) la reconstitution du mélange des eaux et des diatomées dans un estuaire par l’expérimentation (3 espèces de diatomées dans un gradient salin artificiel) et par la construction et l’utilisation d’un modèle de Si dans la zone de mélange estuarienne.<p>Les résultats soulignent notamment l’importance des variations de salinité, de la turbidité de l’eau, de la nature des diatomées de rivière (sténohalines versus euryhalines) et de la viabilité des cellules sur les transformations et la rétention du silicium dans la zone de transition fleuve-mer. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La production croissante des nanoparticules issues du développement des nanotechnologies et leur incorporation dans des produits de consommation vont inévitablement conduire à leur introduction dans l’environnement. Ces particules peuvent constituer un vecteur de substances polluantes en raison du transport facilité des contaminants organiques ou inorganiques potentiellement adsorbés sur leurs surfaces ou représentent elles-mêmes un risque pour l’environnement et la santé humaine. La zone non saturée joue une fonction importante de filtration naturelle des eaux de recharge des nappes. Les mécanismes de transport et de rétention des nanoparticules à travers cette zone sont complexes du fait des hétérogénéités de type structural et textural de celle-ci. Ces hétérogénéités sont à l'origine des écoulements préférentiels et d’un grand nombre de facteurs d'interaction physico-chimiques liés aux propriétés des nanoparticules et de la zone non saturée elle-même. L'objectif de la thèse est de mieux comprendre les effets de ces hétérogénéités sur le transport des nanoparticules dans un milieu non saturé hétérogène afin de mieux prévenir le devenir des nanoparticules dans le sol. Dans ce contexte, trois matériaux granulaires (un sable et des mélanges sable-gravier) ont été mis en place en colonne (10 cm de diamètre x 30 cm de hauteur) et dans le lysimètre LUGH du LEHNA (100 x 160 x 100 cm3) pour simuler le transport des nanoparticules dans le sol. Le but est de déterminer le rôle des hétérogénéités texturale (différentes granulométries) et structurale (barrière capillaire) du sol, en prenant en compte les effets de la force ionique de la solution et de la vitesse d’écoulement sur le transfert des nanoparticules en conditions non saturées. Des nanoparticules de silice marquées par des molécules organiques fluorescentes ont été développées en tant que nanotraceur particulaire dans le cadre de cette étude, l’ion bromure a été utilisé pour caractériser l’écoulement de l’eau. Le modèle de transfert de non équilibre hydrodynamique à fractionnement de l'eau en deux phases mobile et immobile, MIM, incluant un terme de rétention et de relargage des nanoparticules, décrit correctement les courbes d'élution de nanoparticules, pour les expériences en colonne. Cette étude a permis de caractériser les effets liés aux différentes tailles des grains du sol et à la barrière capillaire sur la rétention des nanoparticules. Les expériences réalisées avec différentes forces ioniques montrent que pour les forces ioniques comprises entre 1 et 50 mM, la rétention est croissante comme prédit la théorie DLVO ; cependant à partir d’une force ionique supérieure à 100 mM il se produit une inversion de la rétention. Lorsque la vitesse d’écoulement diminue, la rétention augmente, probablement en partie à l’interface air-eau. Le lysimètre LUGH a permis d’identifier le rôle de la barrière capillaire sur la rétention des nanoparticules. Un modèlenumérique 3D basé sur l’équation de Richards pour l’écoulement et les équations convection dispersion couplées avec un module de rétention pour les nanoparticules a été dévelopé. Les résultats montrent que la rétention a augmenté à l’interface sable-milieu bimodal. Le profil de rétention de nanoparticules indique qu’elles sont majoritairement retenues en surface du sol, puis la rétention diminue avec la profondeur, pour les expériences réalisées en colonne. Le nanotraceur constitue un outil puissant pour l’étude du rôle des hétérogénéités dans le transfert des particules dans un sol non saturé. / Increasing production of nanoparticles from nanotechnology development and incorporation into consumer products will inevitably lead to their introduction into the environment. These particles can be a vector of pollutants due to the facilitated transport of organic and inorganic contaminants potentially adsorbed on their surfaces or represent a risk to the environment and human health themselves. The unsaturated zone plays an important function of natural water filtration recharge. The transport and retention mechanisms of nanoparticles through this zone are complex due to the structural and textural soil heterogeneities. These heterogeneities are causing preferential flows and are responsible a large number of physical and chemical interaction related to the nanoparticles properties. The aim of the thesis is to better understand effects of soil heterogeneities on the transport of nanoparticles in a heterogeneous unsaturated media to better prevent the fate of nanoparticles in the vadose zone. In this context, three granular materials (sand and sand - gravel mixtures) were introduced in column (10 cm diameter x 30 cm high) and the lysimeter LUGH of Lehna (100 x 160 x 100 cm3) to simulate the transport of nanoparticles in the soil. The goal is to determine the role of heterogeneous textural (different sizes) and structural (barrier capillary) heterogeneities of the soil, taking into account the effects of the ionic strength of the solution and the flow rate on the transfer of the nanoparticles in unsaturated conditions. Silica nanoparticles labeled with fluorescent organic molecules have been developed as particulate v in this study, the bromide ion has been used to characterize the flow of water. The transfer model of non-equilibrium hydrodynamic fractionation of water and two mobile and immobile phases, MIM, including a retention and release term of the nanoparticles, properly described breakthrough curves of nanoparticles on column experiments. This study allowed to characterize the effects related of different grain sizes of soil and capillary barrier on the nanoparticle retention. Experiments with different ionic strengths show for the ionic strength between 1 and 50 mM, the retention increased as predicted by the DLVO theory. However, from an ionic strengh greater than 100 mM an inversion retention occurs. When the flow rate decreases, retention increases, air - water interface increases and trapps probably the nanoparticles. Lysimeter LUGH allowed to identify the role of the capillary barrier on the retention of nanoparticles. A 3D numerical model based on Richards equation for flow and the convection dispersion equations coupled with a mechanical module for nanoparticle trapping was developed. Results show retention increased in the sand-bimodal interface. The retention profile indicates that nanoparticles are predominantly retained at the soil surface, then the retention decreases with depth, for the column experiments. The nanotracer is a powerful tool for studying the role of heterogeneous in the transfer of particles in an unsaturated soil.

Comprendre la dynamique des populations marines est essentiel à une gestion efficaceet requiert des connaissances sur la dispersion et la connectivité entre populationsqui sont encore très lacunaires. Beaucoup d’organismes marins ont un cycle de viebipartite avec une phase larvaire pélagique qui représente souvent la seule possibilitéde dispersion. De nouvelles techniques de mesure de la dispersion larvaire, parmarquage ou modélisation, ont été développées durant ces quinze dernières années.Cependant, les résultats de ces deux types d’approches ont rarement été comparésau sein d’un même système marin, limitant l’utilisation des modèles de dispersiondans les modèles de métapopulation. Dans cette thèse, nous utilisons ces deux typesd’approches pour étudier la connectivité larvaire d’un poisson de récif corallien,Dascyllus aruanus, dans le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie. Notre modèle dedispersion montre que la rétention larvaire présente une variabilité temporelle élevéeà l’échelle lagonaire et à l’échelle d’un patch de récif, et atteint périodiquement desvaleurs élevées malgré des temps moyens de résidence courts. Le marquage artificieltransgénérationnel des otolithes montre des taux d’auto-recrutement relativementbas à l’échelle de la saison reproductive, suggérant une ouverture importante despopulations, et une variabilité temporelle considérable de l’auto-recrutement. Enfin,les grandes différences entre les résultats du modèle et ceux des marquages appuientle besoin de mieux comprendre les processus qui facilitent la rétention larvaire commeles comportements de homing et la circulation des courants à très petite échelle. / Understanding marine populations dynamics is critical to their effective management,and requires information on patterns of dispersal and connectivity that are still poorlyknown. Many marine organisms have a bipartite life history with a pelagic larvalstage that often represents the only opportunity for dispersal. In the last decade,new empirical and simulation approaches to measuring larval dispersal have beendeveloped, but results from these two different approaches have rarely been comparedin the context of a single marine system, impeding the use of larval dispersal modelsin metapopulation models supporting decision making. In this doctoral research, weused both approaches to investigate larval connectivity for a coral reef fish, Dascyllusaruanus, in the South-West Lagoon of New Caledonia. Our biophysical dispersalmodel shows that larval retention exhibits considerable temporal variability at bothlagoon and patch reef scales and periodically reaches large values despite low averagewater residence time. Artificial transgenerational marking of embryonic otoliths inthe wild also showed relatively low self-recruitment rates indicating high populationopenness at the reproductive season scale, with considerable monthly variability ofself-recruitment. Large quantitative discrepancies between simulations and empiricalresults emphasize the need to better understand processes that facilitate local retention,such as homing behavior and very small scale circulation patterns.

Le système d’upwelling Nord-Ouest africain au large du Maroc, de la Mauritanie et du Sénégal est le système le plus productif au monde en terme de biomasse planctonique. La zone sénégalo-mauritanienne, située dans la partie Sud du système, soutient une importante pêcherie de Sardinella aurita, l’espèce de petit poisson pélagique la plus abondante. Dans ces systèmes la dynamique des populations de petit poisson pélagique comme la sardinelle est très liée à la variabilité de l’upwelling. Ainsi le succès du recrutement des juvéniles de poisson dépend fortement de la circulation locale où les larves peuvent être, soit retenues dans les zones de nourriceries côtières favorables à leur survie, soit dispersées vers la large où elles sont soumises à la prédation et au manque de nourriture. Dans un contexte de gestion de cette ressource partagée par plusieurs pays, comprendre les facteurs qui contrôlent les stocks des petits pélagiques le long des côtes, est un enjeu crucial pour les pêcheries de ces régions.Le premier objectif de ce travail de thèse est d’utiliser pour la première fois dans le système sénégalo-mauritanien une approche de modélisation individu centré (IBM) visant à étudier les premiers stades de vies (oeufs et larves) de la sardinelle, et à comprendre l’influence des paramètres environnementaux sur la dynamique des populations. L’évolution des individus dans leur environnement est étudiée à partir de simulations océaniques régionales dont les sorties sont utilisées comme forçages du modèle IBM.Les résultats obtenus renseignent sur la rétention larvaire en fonction des lieux et dates de ponte. L’impact de la migration verticale et de l’effet de seuil de températures létales sur la survie des larves a également été évalué. Nous montrons que la stratégie de ponte de Sardinella aurita résulte de la combinaison de deux facteurs : (1) une rétention élevée associée à la circulation locale et (2) à la disponibilité en nourriture. Le modèle révèle également une importante connectivité larvaire entre les différentes sous-zones de ponte et le Sud du système. Ceci souligne l’importance d’une gestion concertée du stock de la sardinelle à l’échelle régionale.Le second objectif de la thèse est d’étudier la variabilité interannuelle de l’habitat de ponte de la sardinelle à l’intérieur de ces zones de rétention larvaire. Un modèle couplé physique biogéochimie (ROMS-PISCES) est utilisé pour évaluer l’habitat de ponte de la sardinelle. Le volume potentiel de l’habitat de ponte (PHV) est défini comme une fonction de la température, de la salinité et de la profondeur. Nous avons également utilisé le PHV, la biomasse de plancton, le succès de la rétention et de la survie des larves pour étudier la variabilité interannuelle de l’abondance de sardinelle et les années de fort recrutement estimées à partir des campagnes acoustiques d’évaluation de stock menées durant la période 1996-2006. Nos résultats nous suggèrent que les périodes de fort volume d’habitat et de faible mortalité larvaire pourraient expliquer les périodes de biomasses importantes pendant la période 1996-1999. Cette étude nous a aussi permis de proposer des hypothèses permettant d’expliquer la période de fort recrutement observée en 1998-1999. / The North West african upwelling system off Morocco, Mauritania and and Senegal is the most productive system in the world in term of plankton biomass. South of this system, the senegalese-mauritanian zone sustains important Sardinella aurita fisheries, the main small pelagic fish. In these systems the population dynamics of small pelagic fish such as sardinella is closely linked to the variability of the upwelling. Thus the success of the recruitment of juvenile fish depends heavily on local circulation where larvae can either be retained in areas of coastal nurseries suitable for survival or dispersed into the sea where they are subject to predation and lack of food. In a management context of this shared resource by several countries, understand the factors that control the stocks of small pelagic fish along the coast, is a critical issue for fisheries in these regions.Our results provide information on larval retention based on places and dates of spawning. The impact of vertical migration and lethal temperature threshold effect on larval survival was also evaluated. We show that Sardinella aurita spawning strategy is the combination of two factors : (1) a high retention associated with local circulation and (2) the availabilityof food. The model also reveals an important larval connectivity between different spawning sub-areas and south of the system. This highlights the importance of concerted management of the stock of sardinella on a regional scale.The second aim of the thesis is to study the variability of the spawning habitat of sardinella within the larval retention areas. A coupled physical biogeochemistry (ROMS-PISCES) is used to assess the spawning habitat of sardinella. The potential spawning habitat volume (PHV) is defined as a function of temperature, salinity and depth. We also used thePHV, plankton biomass, the success of retention and larvae survival to study the variability of the abundance of sardinella and years of strong recruitment estimated from acoustic surveys assessment stock carried out during the period 1996-2006.Our results suggest to us that periods of high volume of habitat and low larval mortality could explain the periods of major biomass during the period 1996-1999. This study also allowed us to propose hypotheses to explain the period of strong recruitment observed in 1998-1999.

Les éthers de cellulose (EC) sont des agents rétenteurs d'eau très utilisés dans les matériaux de construction: ils limitent fortement la perte d'eau due principalement à l'absorption dans le substrat pendant la cure, favorisant ainsi les réactions d'hydratation du ciment nécessaires à la prise qui assurent de bonnes propriétés mécaniques pour le matériau final. Cependant les causes exactes de ce phénomène de rétention d'eau restent encore incomprises à ce jour. Dans ce travail de thèse, afin d'analyser les mécanismes de la rétention, nous tentons de mieux comprendre pourquoi et comment les transferts hydriques sont modifiés en présence d'EC. Dans un premier temps, nous montrons, grâce à des tests de filtration et par les méthodes usuelles de caractérisation (microscopie, diffusion de la lumière) que les EC en solution forment des agrégats polydisperses de plusieurs dizaines de microns de diamètre. Nous montrons ensuite qu'une solution d'EC passant à travers un matériau poreux modèle (tamis) bouche progressivement ce tamis, même si la taille de maille est nettement supérieure à celle des agrégats, du fait d'un effet de blocage statistique. Cet effet de coincement se produit également lors de l'écoulement à travers un milieu poreux 3D (empilements de billes de verre), ce qui conduit à l'arrêt du fluide après une certaine hauteur de pénétration dans le milieu. Enfin, en revenant aux tests standards de rétention avec le matériau réel (mortier) puis en les comparant au test de filtration à travers un tamis nous montrons que ce dernier est un bon test alternatif qui permet de caractériser la capacité de rétention des EC / In building materials, such as mortars, cellulose ethers (CE) are used as water-retention agents. They prevent the loss of water due to absorption into the substrate during curing stage. They maintain wet conditions for proper hardening and final properties. However, the cause of retention remains unknown. First, we show through filtration tests and usual characterization methods (microscopy, light scattering) that CE solutions are composed of polydisperse aggregates of several tens of microns in diameter. We then show that a CE solution passing through a model porous medium (sieve) progressively block the sieve, even if the mesh size is much larger than the aggregates diameter, due to a statistical effect of blocking. This jamming effect also occurs during the flow through a 3D porous medium (stacks of glass beads), which led to the stopping of the fluid after a certain penetration depth of the medium. Finally, coming back to the retention standard tests with the real material (mortar) and comparing them to the filtration test we show that the latter is a good alternative test to characterize the CE retention capacity

Le transport de nanoparticules (NP) de dioxyde de titane (TiO2) manufacturées a été étudié dans un milieu poreux sous différentes conditions de saturation, vitesse d’écoulement et force ionique (IS). Les courbes de percée montrent que la quantité de NP retenue diminue quand la vitesse d’écoulement augmente, et qu’elle est influencée par la teneur en eau en présence d’une IS plus grande que 3 mM KCl. On peut supposer que l’interface entre eau et air (AWI) ne retient pas de NP en présence d’IS supérieurs ou égaux à 3 mM KCl. Les courbes de percées des expériences conduites en présence d’une IS de 5 mM, influencées par les profils de teneur en eau et de vitesse, ont été modélisées. Le modèle de transport 3P, qui tient en compte l’AWI et les effets de la vitesse, a été développé pour décrire la rétention des NP. Ce modèle dépend de trois paramètres et du profil de teneur en eau, modélisé à travers les paramètres hydrodynamiques identifiés auparavant. Le modèle 3P donne lieu à une meilleure description des données par rapport à celle du modèle classique, souvent utilisé en littérature. Il peut d’ailleurs être utilisé en milieu saturé comme insaturé. / The transport of manufactured titanium dioxide (TiO2, rutile) nanoparticles (NP) in porous media was investigated under different saturation, water velocity and ionic strength (IS) conditions. The breakthrough curves show that the amount of retained NPs decreases when the water velocity increased and that TiO2 NP retention is influenced by the water content for values of IS larger than 3mM KCl. It can be assumed that the interface between air and water (AWI) does not retain TiO2 NPfor IS equal to, or smaller than, 3 mM KCl.The breakthrough curves with an IS of 5mM KCl, influenced by water content profile and watervelocity profile, were modeled. The 3P transport model was developed to describe the retention ofTiO2 NP, taking into account the AWI and the effects of the water velocity. This model depends on three parameters and takes into account the water content profile of the porous medium, modeled through the previously identified hydrodynamic parameters. The 3P model provides a better data description than the classic Langmuirian retention model, often used in the literature. Moreover, it can be applied under both saturated and unsaturated conditions.

Malgré la présence d’un sol et de plantes, l’impact des toitures végétalisées sur la qualité des eaux est mitigé, celles-ci n’étant pas conçues pour retenir les polluants. Afin d’améliorer cette fonction, il est important de mieux comprendre les flux de polluants dans ces structures. Dédiée aux métaux, cette thèse est basée sur deux étapes : - le suivi de six toitures végétalisées construites en 2010 (Nancy), via des prélèvements d’eaux de pluie et toitures, plantes et matériaux. - Une caractérisation en laboratoire des matériaux via des observations à l’échelle miscroscopique, des essais de sorption et lixiviation. Les caractéristiques des matériaux sont globalement favorables au stockage de métaux mais plusieurs en émettent également par lessivage de particules fines ou lixiviation d’ions. Même si elles n’ont pas de capacité de stockage particulière, les plantes peuvent avoir un impact direct et indirect sur la rétention des métaux. Des suggestions techniques sont tirées de ces résultats / Despite the presence of a soil and plants, green roof impact on water quality has proven to be mixed, mainly because there are not designed to purify rainwater. To make suggestions for green roofs suitable for water treatment, it is important to better understand pollutant fluxes in these structures. Dedicated to metals, this thesis is based on two complementary steps : - the study of six green roofs built in 2010 (Nancy, France), thanks to rain and roof waters, plants and materials samplings. - a laboratory characterization of these materials via microscopic scale observations, sorption and lixiviation tests. Material characteristics are mostly favorable to metal storing but several of them have been identified as sources of metals via leaching of fine particles or lixiviation of available ions. Even if they have no specific ability to store metals, plants can have direct and indirect impacts on metal retention. Several technical suggestions are drawn from these scientific results

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / Le maintien de l'ordre en mémoire à court terme suscite depuis longtemps un intérêt marqué en psychologie cognitive expérimentale. Même si l'information à traiter dans l'environnement est souvent de nature spatiale, la plupart des recherches sur la mémoire à court terme portept sur le traitement de l'information verbale. Par ailleurs, le traitement de l'information verbale et -spatiale en mémoire à court terme fait encore l'objet d'un débat en psychologie cognitive. Certains auteurs suggèrent qu'il existe un module indépendant responsable de traiter chaque type d'information (p. ex., Baddeley & Hitch, 1974). Cette approche est notamment supportée par la démonstration de dissociations entre le traitement de l'information verbale et le traitement de l'information spatiale (p. ex., Meiser & Klauer, 1999). Une approche unitaire quant à elle, soutient que les processus en mémoire sont indépendants du type d'information à traiter (p. ex., Jones, Macken, & Nicholls, 2004). Cette approche trouve appui parmi les études qui démontrent que la rétention de l'information spatiale et la rétention de l'information verbale produisent des patrons de performance équivalents (p. ex., Ward, Avons, & Melling, 2005). L'objectif de la thèse est de tester ces visions alternatives et de vérifier si les mêmes processus sont sollicités lor"s de la rétention de l'information verbale et spatiale. La rétention de l'information spatiale et verbale est comparée directement à l'aide d'une tâche classique de rappel où les participants doivent rappeler l'ordre dans lequel des séries d'items ont été présentées (Chapitre II). Une procédure de double dissociation combinée à une analyse approfondie des erreurs sont utilisées. Bien que les résultats démontrent la présence d'une double dissociation, le traitement de l'information verbale et spatiale produit des patrons d'erreurs équivalents. Dans le chapitre III, les facteurs qui influencent le rappel de l'information spatiale sont examinés afin de mieux comprendre la nature des processus responsables de retenir ce type d'information. Une analyse du mouvement oculaire combinée à l'utilisation d'une tâche de suppression oculaire montre que l'efficacité avec laquelle les yeux sont déplacés entre les items influence la mémoire pour les localisations spatiales. L'ensemble de ces résultats est interprété à la lumière d'une nouvelle approche théorique selon laquelle la coopération entre les systèmes perceptifs et moteurs sont responsables de la rétention de l'information.

En forêt boréale, la stratégie d'agglomération de coupes est utilisée pour émuler les grands feux dans un contexte d'aménagement écosystémique. Socialement, ces grandes coupes totales sont mal perçues principalement à cause de leurs impacts visuels importants. Cette étude présente une analyse de l'efficacité de deux mesures d'atténuation de l'impact visuel des grandes coupes dans le moyen plan, en forêt boréale. Elle vérifie si l'augmentation de la rétention de peuplements à l'échelle du paysage et le verdoiement du parterre de coupe par une rétention d'arbres à l'échelle du peuplement permettent d'améliorer le niveau d'acceptabilité visuelle des coupes agglomérées en pessière noire à mousses de l'Est. Il en ressort que l'acceptabilité visuelle est possible en ayant 50 % de rétention de peuplements. De plus, le verdoiement permet aux paysages avec 30 % de rétention de peuplements d'être considérés comme acceptables visuellement. Les résultats ne permettent pas de conclure à l'influence de l'apport d'informations écologiques expliquant le bien-fondé des coupes agglomérées.