Cette thèse porte sur la caractérisation et l'analyse des sources de pollution avec les données aéroportées MOZAIC pendant la canicule européenne de l'été 2003. L'étude d'un tel événement extrème est nécessaire car sa fréquence est suceptible d'augmenter dans un contexte de changement climatique. L'apport des données MOZAIC avec de fréquents profils verticaux sur Francfort, Vienne et Paris, permet de caractériser et quantifier la dimension verticale des anomalies de polluants (ozone, monoxyde de carbone CO, oxydes d'azote) par rapport à une climatologie établie sur près de 11 ans. L'étude sur les conditions synoptiques de formation de la canicule identifie les facteurs favorables à la pollution et établit l'importance du développement intense de la couche limite planétaire. Dans une deuxième partie, une approche lagrangienne est utilisée pour estimer les importances respectives de différentes sources d'émissions primaires de CO vis-à-vis des observations MOZAIC : émissions anthropiques européennes et nord-américaines, et émissions par les feux de biomasse sur le Portugal. Dans une troisième partie, le modèle de chimie-transport global GEOS-Chem est utilisé pour étudier plus en détails certains processus importants lors de l'épisode (dépôt sec, émissions biogéniques). Une évaluation des simulations est d'abord menée avec les données MOZAIC puis des tests de sensibilité sont ensuite exploités pour montrer l'importance des processus de couplage sol-végétation-atmosphère et l'importance du transport depuis le Portugal des panaches des feux de biomasse documentés avec un cadastre d'émissions journalier.

les traces du mercure ....

En France, depuis plusieurs années, la surface cultivée en pois diminue notablement. Une des causes est la forte instabilité des rendements des variétés de printemps, qui représentent 90% de la sole, liée à de nombreux facteurs limitants: état structural tassé à cause de conditions trop humides au semis et, stress hydriques et thermiques de fin de cycle. Dans l'objectif de relancer cette culture, de nouvelles variétés de pois d'hiver, très réactives à la photopériode et relativement résistantes au gel, sont actuellement en cours de sélection. Ces variétés peuvent être semées dès début octobre, ce qui devrait réduire à la fois les risques de tassement du sol lors du semis et de stress hydriques et thermiques du fait d'un avancement de la période reproductrice au printemps. Ces avancements sont a priori favorables à une meilleure stabilité de la production. Cependant, le début de l'automne est une période de travail chargée dans les exploitations agricoles et il est possible que les semis de ces nouvelles variétés ne soient pas réalisés dans les conditions optimales permettant d'extérioriser leurs avantages. Le changement de dates de semis, induit par l'utilisation de ces variétés, pourrait par ailleurs avoir des répercussions sur le bilan d'azote et la consommation d'eau de la culture. L'objectif général de ce travail a été de mettre au point une méthode afin d'évaluer, avant leur mise sur le marché, les intérêts agronomiques et environnementaux de ces nouvelles variétés et de déterminer les caractéristiques qu'elles devraient réunir pour garantir ces avantages. L'étude a été conduite en trois étapes. Tout d'abord, quatre expérimentations (2 lieux x 2 années) ont été réalisées afin de déterminer les effets de l'état structural, de la période de semis et de la variété sur les fonctionnements aérien et racinaire d'une culture de pois. Dans un second temps, les résultats de ces expérimentations, associés à des jeux de données extérieurs, ont permis de compléter et d'évaluer un modèle dynamique de culture de pois simulant le rendement, la teneur en protéines des graines, la part d'azote issue de la fixation, le bilan d'azote et la consommation d'eau à l'échelle de la culture. Ce modèle a ensuite été utilisé pour évaluer différentes variétés virtuelles candidates. Dans cette dernière étape, le modèle de culture a été couplé à un modèle d'organisation du travail à l'échelle de l'exploitation agricole, afin de déterminer, en tenant compte des contraintes d'organisation du travail des chantiers d'automne, les périodes de semis possibles pour les variétés de pois. En fonction de ces périodes de semis, on a simulé, grâce à un modèle d'évolution de l'état structural du sol, les risques de tassement sous les cultures de pois et les conséquences sur la production. Des connaissances nouvelles ont été produites sur le développement du système racinaire, pour différentes conditions de semis et de structure du sol. Un modèle de culture adapté aux variétés et aux semis d'hiver, prenant en compte la variabilité de disponibilité d'azote et de la structure du sol, est maintenant disponible. Enfin, l'utilisation combinée des modèles a permis de montrer que les résultats des évaluations des variétés virtuelles sont différentes selon que l'on prend on non en compte les contraintes existant au niveau du système de culture. L'ensemble de ce travail permet de proposer aux sélectionneurs des idéotypes variétaux présentant un intérêt agronomique et environnemental dans des exploitations agricoles de grande culture

L'étude comporte une grande partie dédiée aux nouveaux développements expérimentaux. Le tensiomètre développé au laboratoire a subi une amélioration essentielle. Les mesures directes de la succion au laboratoire et in situ ont démontré sa fiabilité et confirmé la possibilité de longues durées de mesure directes. Les mesures directes de la succion ont permis la détermination de la courbe de rétention d'eau du limon. La méthode des profils instantanés a permis de déterminer la perméabilité l'état non saturé en utilisant des essais d'infiltration. Les comparaisons faites entre les valeurs calculées l'aide d'un modale et celles mesurées pour les principaux paramètres pris en compte (succion, teneur en eau volumique) ont permis de démontrer l'aptitude du modèle reproduire de façon satisfaisante l'état du sol. On a étudié aussi les propriétés de rétention et de variation de volume de l'argile verte de Romainville pour des succions entre 1 et 216 MPa.

La pérennisation de la valorisation agricole des boues résiduaires passe par une optimisation des techniques d'épandage. Dans le cas présent, nous nous sommes focalisés sur les phénomènes intervenant sur les disques qui constituent la table d'épandage, en tenant compte à la fois des caractéristiques rhéologiques du matériau à épandre et des réglages mécaniques du matériel. On montre d'abord par des expériences de rhéométrie qu'aux faibles contraintes, les boues ne peuvent s'écouler de manière stable: la déformation totale du matériau résulte d'une compétition entre la restructuration pendant la phase de repos précédant le cisaillement et la déstructuration due au cisaillement. De plus, lors du cisaillement avec une surface lisse, un glissement apparaît dans la même gamme de contrainte, à partir d'une déformation critique. Il se forme une fine couche de liquide newtonien entre la surface qui induit le cisaillement et le reste du matériau dans l'entrefer. Au delà d'une contrainte critique, l'écoulement devient homogène, quelque soit la nature de la surface, lisse ou rugueuse. A partir de travaux sur maquette, nous avons analysé la déformation d'un échantillon de fluide à seuil engendrée par l'application d'une force centrifuge d'intensité croissante, en accélérant progressivement la vitesse de rotation du disque. On montre que la dynamique de l'étalement se résume en trois phases distinctes. Aux faibles vitesses de rotation, le matériau se comporte comme un solide viscoélastique et subit de faibles déformations élongationnelles. Quand la vitesse de rotation dépasse une valeur critique, la déformation n'est plus homogène: le matériau se comporte comme un liquide en périphérie, et comme un solide au centre de l'échantillon. Seule la partie liquide s'étale en formant un bourrelet. On montre ainsi que les paramètres viscoélastiques du matériau et l'initiation de l'écoulement sont étroitement liés: plus le seuil de contrainte est élevé, plus la vitesse critique est grande. Enfin, l'étalement se localise au sein de digitations qui se forment à partir du bourrelet. Finalement, on montre qu'au cours de l'épandage les paquets de boues arrivant sur la table d'épandage ne sont pas cisaillés sous l'action de la force centrifuge, mais ils subissent une élongation puis une fragmentation avant d'être projeté à la sortie du disque. On démontre au passage que les pâles n'ont aucune utilité sur le procédé d'émiettement.

A partir des années 90, de nombreux professionnels du paysagisme ont participé en France et en Europe à la naturalisation de l'espace vert public dans la ville; ce mouvement a été qualifié parfois de "retour au naturel". Animés par le souci d'appliquer des méthodes plus respectueuses de l'environnement et soucieux d'offrir aux citadins une variété d'espaces de nature allant du jardin sophistiqué à l'espace d'aspect sauvage, les ingénieurs des services d'espaces verts des agglomérations ont expérimenté la "gestion différenciée" de leur patrimoine vert. Parallèlement à cette nouvelle approche essentiellement technique, l'évolution de l'idée de nature urbaine revendiquée par les gestionnaires des services espaces verts a entraîné la création de nouveaux projets de parcs publics alternatifs, dont les images et les usages sont à fortes références champêtre et sauvage. En l'absence de recherche antérieure sur la signification culturelle de la gestion différenciée, cette étude porte autant sur l'origine que sur la construction matérielle et symbolique de ce nouveau type de nature. L'hypothèse que nous voulons vérifier est que la mise en oeuvre de la gestion différenciée, avatar philosophique et esthétique du wild garden anglosaxon du XIXe siècle imprégné des valeurs contemporaines durables, a contribué à la construction de nouveaux territoires urbains publics aux références champêtres et sauvages. Ceux-ci ont été dessinés et gérés par les ingénieurs des services d'espaces verts de nombreuses villes dans la dernière décennie selon de nouveaux modèles de parcs intégrant des intentions écologiques et esthétiques.

L'objectif de ce travail est d'évaluer et de comparer le comportement environnemental du glyphosate, utilisé dans un contexte d'introduction de plantes génétiquement modifiées (GM), par rapport aux comportements d'autres herbicides classiquement utilisés pour le désherbage des mêmes cultures non résistantes au glyphosate: trifluraline et métazachlore pour le colza, métamitrone pour la betterave, sulcotrione pour le maïs. En effet, les conséquences sur l'environnement de ces modifications des pratiques de désherbage ont été jusqu'à présent peu étudiées. Trois sites représentatifs des principales situations où sont cultivées ces plantes, aux points de vue climatique et pédologique, ont été choisis pour cette étude (localisés près de Châlons-en-Champagne, Dijon et Toulouse). Dans la première partie de ce travail, les comportements des herbicides dans les trois sols ont été comparés au laboratoire dans les mêmes conditions (sol, température, humidité, dose). Leur rétention, dégradation dans les sols après application directe ou après absorption dans les tissus végétaux dans les cas particuliers du glyphosate et de la sulcotrione (herbicides foliaires) ont été déterminées. Dans la seconde partie, les résultats obtenus au laboratoire ont été utilisés pour estimer les impacts environnementaux des herbicides à partir de trois méthodes de précision croissante: indice de lixiviation GUS (risque de contamination des eaux souterraines), indicateur I-Phy (risque de contamination de l'air, de l'eau de surface et de l'eau souterraine), et modèle numérique de devenir des pesticides, PRZM. Les stocks et flux des herbicides et de leurs métabolites obtenus par modélisation ont ensuite été agrégés avec le modèle USES (analyse de cycle de vie et d'impacts) pour estimer les impacts finaux des différents systèmes de culture existants sur les trois sites (rotations avec colza et betterave GM ou non-GM, monoculture de maïs GM ou non-GM) sur plusieurs cibles de l'environnement (eau, sédiments, écosystèmes, population humaine). Le glyphosate est généralement l'herbicide pour lequel les risques de dispersion dans l'environnement sont les plus faibles (rétention élevée, dégradation rapide), mais ils dépendent cependant du type de sol. Les vitesses et taux de minéralisation des herbicides diminuent fortement avec la température, de même que la formation de résidus non extractibles, avec une préservation des molécules sous forme extractible donc potentiellement disponible. La formation d'un métabolite majeur plus persistant a été observée dans les cas du glyphosate (acide aminométhylphosphonique, AMPA), du métazachlore (non identifié) et de la sulcotrione (acide 2-chloro-4-méthylsulfonylbenzoïque, CMBA). En conséquence, ces métabolites présentent des risques pour l'environnement plus importants que les molécules herbicides. Enfin, l'absorption du glyphosate dans les tissus végétaux diminue sa dégradation. L'accumulation de glyphosate non dégradé dans les tissus végétaux pourrait augmenter les quantités de glyphosate dans le sol après restitution des résidus de récolte ou lors de la chute des feuilles traitées. Ce résultat a été pris en compte dans la modélisation. Le calcul de l'indice GUS a montré que les herbicides présentent peu de risque de contamination des eaux souterraines, le calcul de l'indicateur I-Phy a conduit à des résultats similaires pour les eaux souterraines, ainsi que pour les eaux de surface et l'air. Le modèle PRZM a été préalablement testé à partir d'une expérimentation en conditions de plein champ: il permet des simulations correctes du devenir des herbicides à partir des données obtenues au laboratoire, mais a néanmoins été calé dans les cas du glyphosate et de la trifluraline. Les résultats des simulations des différentes pratiques de désherbage ont montré que plus la fréquence de retour des cultures GM est élevée et plus l'impact sur l'environnement du glyphosate pourrait être important comparé aux herbicides sélectifs. En particulier, les stocks d'AMPA dans le sol après douze ans d'application annuelle de glyphosate dans une monoculture de maïs pourraient être particulièrement élevés. Du point de vue de la contamination de l'environnement par les herbicides, les bénéfices des cultures GM dépendent donc des types de sol, des cultures et des herbicides remplacés. La persistance de l'AMPA dans les sols soulève néanmoins un problème général de durabilité de cette innovation, et impose d'étudier plus en détail le comportement de cette molécule à long terme.

Ce travail réalise une synthèse des connaissances du programme de recherche PIREN Seine concernant la problématique de l'azote sur le bassin du Grand Morin (1200 km2). A cet effet, la plate-forme de modélisation CAWAQS (CAtchment WAter Quality Simulator) a été construite. CAWAQS simule la qualité de l'eau des différents compartiments d'un bassin versant: sols, aquifères, cours d'eau. Il a été construit à partir des modèles STICS, NEWSAM et ProSe. L'utilisation conjointe de techniques géostatistiques (logiciel Isatis®) et de CAWAQS a permis de dresser un état de la contamination en nitrate des aquifères sur la période 1977-1996. La confrontation des concentrations de nitrate simulées en rivière avec des observations à haute fréquence sur la période 1991-1996 permet l'estimation des capacités dénitrifiantes. On estime sur la période 1991-1996, que les nitrates infiltrés à la base de la zone racinaire (4 000 tN.an-1) sont exportés vers l'aval par le réseau hydrographique (41 %), stockés dans les aquifères (39%) et éliminés par dénitrification (20 %) dans les zones humides, les nappes alluviales, la zone hyporhéique, et par les processus benthiques en rivière. Des campagnes de terrain et des simulations numériques ont aussi été réalisées à l'aval du Grand Morin afin de prendre en compte les processus dominants dans la transformation des polluants pour les cours d'eau à faible profondeur. Les résultats obtenus suggèrent l'existence d'une forte élimination de l'azote ammoniacal par nitrification-dénitrification dans les compartiments benthiques. Pour l'ensemble du Grand Morin, la quantité d'azote éliminée par ce processus a été estimée à 140 tN.an-1.

L'estimation des concentrations en hydrocarbures aromatiques polycycliques dans les sols de friches indus- trielles présente de nombreuses difficultés pratiques, liées aux propriétés des polluants et à la formation de ces sites : - prélèvement et préparation des échantillons dans des sols fortement hétérogènes, - forte variabilité à petite distance, notamment pour des terrains remaniés, - fort contraste des teneurs, compliquant l'inférence du variogramme. Actuellement, la reconnaissance est souvent guidée par l'historique du site, et la recommandation d'une reconnaissance systématique préconisée pour les estimations géostatistiques apparaît souvent excessive. En s'appuyant sur l'étude détaillée de deux anciens sites de cokeries, différentes méthodes d'estimation géostatistiques sont comparées pour l'estimation (i) des concentrations en place et (ii) de la probabilité de dépassement d'une valeur guide. De nombreuses questions pratiques ou méthodologiques sont examinées : - propriétés de différents modes de calcul du variogramme expérimental et validité des résultats ; - utilisation d'informations auxiliaires telles que l'historique de site, des relevés organoleptiques, des mesures semi-quantitatives, en vue d'améliorer la précision des estimations ; - discussion des plans d' ́echantillonnage usuels, au vu de la répartition verticale des teneurs ou de l'historique du site. La mise à disposition de mesures multiples à partir d'un même prélèvement permet d'approcher l'ordre de grandeur de l'erreur d'échantillonnage - au sens large. Des reconnaissances à petite distance montrent les difficultés d'un tri sélectif des terres en l'absence de structure spatiale. Plusieurs études de sensibilité sont menées en vue de quantifier l'apport d'une information auxiliaire dense pour l'estimation des teneurs. En se basant principalement sur des modélisations existantes, ce travail vise à fournir au praticien des recommandations pratiques pour la caractérisation de pollutions de sols.

L'objectif de ce travail est de comparer la rétention de deux herbicides, l'isoproturon et le diflufénicanil, et d'un métabilite de l'isoproturon l'isopropylaniline, pour trois occupations de sols contrastées: un sol cultivé, un sol souis bande enherbée et un sol forestier. Pour chaque sol, différentes fractions granulométriques ont été isolées. sur chaque sol et chaque fraction, la sorption et la desorption des trois molécules ont été caractérisées. La rétention des molécules est plus élevée dans les sols enherbés et boisés que dans les sols cultivés. Des différences significatives des coefficients Koc entre les horizons superficiels sous culture, parairies et forêt, suggèrent que le nature des matières organiques (MOS) est en cause dans les différences observées. Les matières organiques particulaires ont des capacités de rétention particulièrement élevées vis à vis des trois molécules étudiées. Les résultats montrent que l'aromaticité des MOS, leur caractère hydrophobe et leur surface spécifique sont les principaux paramètres régulant les capacités de sorption des pesticides étudiés.