Noccaea caerulescens est la principale Brassicacée hyperaccumulatrice de Cd, Ni et Zn, candidate pour la phytoremédiation des sols contaminés. La distribution de l'espèce se caractérise par une importante hétérogénéité des facteurs environnementaux, et plus particulièrement en ce qui concerne la nature des sols. En outre, des variations importantes de la capacité d'hyperaccumulation entre les populations de l'espèce ont déjà été observées. Dès lors, à partir d'un vaste échantillonnage en France et ses régions limitrophes, l'objectif de cette thèse était de : i) mieux appréhender l'écologie de N. caerulescens notamment les composantes édaphiques de son habitat, iii) comparer les capacités d'accumulation en Cd, Ni et Zn et, iii) déterminer les relations génétiques entre les populations. Nos résultats montrent que N. caerulescens est largement répandue dans les massifs montagneux et que l'espèce n'est pas inféodée aux sites métallifères vu le nombre de stations en milieu non minier. Par ailleurs, les stations se caractérisent par une très large amplitude des paramètres édaphiques conduisant à proposer une nouvelle classification des stations. Concernant l'accumulation des éléments en traces in situ, nous avons démontré que la biodisponibilité ne permettait pas d'expliquer seule les concentrations observées dans la plante. Par ailleurs, des cultures en hydroponie ont mis en évidences un compromis entre l'allocation du carbone et l'accumulation des éléments en traces en particulier chez les populations sur serpentines. Enfin, l'analyse de la structure génétique neutre a fait ressortir trois zones géographiques fortement différenciées, sans cohérence avec le type de milieu / Noccaea caerulescens (Brassicaceae) is the main hyperaccumulator of Cd, Ni and Zn, candidate for phytoremediation of contaminated soils. The distribution of the species is characterized by a high degree of heterogeneity of environmental factors, especially concerning the soil composition. In addition, significant variations in the hyperaccumulation ability between populations of the species have been observed. Therefore, from a broad sampling in France and its neighboring regions, the aim of this thesis was: i) a better understanding of the ecology of N. caerulescens including soil habitat components, iii) a comparison of the ability of populations to accumulate Cd, Ni and Zn and iii) the assessment of the genetic structure among populations. Our results show that N. caerulescens is widespread in the French mountains and not restricted to the metalliferous sites given the large number of non-metalliferous stations explored. In addition, the prospected stations are characterized by a wide range in the soil composition leading to propose a new classification of N. caerulescens stations. On the accumulation of trace elements in situ, we have shown that the bioavailability of trace elements was not the only factor explaining the observed concentrations in the plant. Moreover, hydroponic cultures highlighted a compromise between carbon allocation and accumulation of trace elements especially in serpentine populations. Finally, the analysis of the neutral genetic structure highlighted three geographic regions highly differentiated, but not consistent with the edaphic type

Les spéléothèmes (concrétions carbonatées se formant dans les zones karstiques) sont des archives paleo-climatiques reconnues, dont l’intérêt majeur est de pouvoir être datées précisément par la méthode Uranium-Thorium. En revanche, les traceurs traditionnellement utilisés pour reconstruire les climats passés à partir de ces objets géologiques ne sont pas directement quantifiables en termes de paramètres climatiques comme la température moyenne, ou la quantité de précipitation. Les variations des concentrations en éléments traces contenus dans les spéléothèmes ont pu être relié dans certains sites aux changements climatiques passés, mais des doutes existent sur la robustesse de leur signal au sein d’une même grotte et entre différents sites.Nous nous sommes appliqués à déterminer les variations au cours des 50 000 dernières années de plusieurs catégories d’éléments (alcalino-terreux, uranium, et terres rares) dans des stalagmites de deux grottes situées dans le sud de la France (les grottes de Villars en Dordogne et de Chauvet en Ardèche), par spectrométrie ICP-MS. Les spéléothèmes sélectionnés ont déjà été datés et ont enregistré les variations paleo-environnementales à travers les isotopes stables de la calcite. Trois périodes d’étude caractérisées par des changements particuliers sont étudiées: le stade isotopique 3 de la dernière période glaciaire (~50-30 ka), la dernière déglaciation (~20-10 ka) et la fin de l’Holocène (~2-0 ka).Le signal des variations des alcalino-terreux à Villars pendant le stade isotopique 3 est significatif et robuste. La variabilité du strontium notamment, qui provient de processus hydrologiques intra-karst, suit les événements climatiques rapides enregistrés dans l’hémisphère Nord. D’autre part, le comportement de nombreux éléments traces pendant la déglaciation est similaire entre les grottes de Villars et de Chauvet. Enfin, des changements du couvert végétal sont probablement à l’origine des changements synchrones enregistrés par les éléments traces et les isotopes stables de la calcite au cours des deux derniers millénaires à Villars.Par ailleurs, l’étude des coefficients de partition des alcalino-terreux, de l’uranium et des terres rares dans des conditions variées montre l’importante de la variabilité inter-site de leur partitionnement. / Calcareous deposits forming within caves, also known as speleothems, have become acknowledged paleoclimatic archives. One of their main interests is that they can be absolutely dated by Uranium-Thorium methods. However, traditionally used speleothem climatic proxies cannot be directly translated into environmental variables such as the mean annual temperature or the amount of annual rainfall. In some contexts, the variations of trace element concentrations in speleothem calcite could be linked to past climatic changes, but the robustness of trace element signals between speleothems of the same or nearby caves is still questionable.We determined by ICP-MS the concentrations of several families of chemical elements (alkaline-earth metals, uranium, rare-earth elements) in stalagmites from two caves located in Southern France (Villars cave in Dordogne and Chauvet Cave in Ardèche) spanning the last 50,000 years. The selected speleothems had already been dated and their stable isotope profiles had proven to record paleoenvironmental fluctuations occurring during three separate periods: the Marine Isotopic Stage 3 or MIS 3 (~50-30 ka), the Last Deglaciation (~20-10 ka), and the end of the Holocene (~2-0 ka).Variations of alkaline-earth metals recorded in two stalagmites from Villars Cave during MIS 3 are significant and robust. Notably, Sr concentrations follow the rapid climatic changes recorded in the Northern Hemisphere. Furthermore, several trace elements behave similarly during the Last Deglaciation in the Villars and the Chauvet Cave. Finally, changes of the vegetation cover above the cave are likely to have caused the synchronous fluctuations of the trace element and stable isotope contents that happened during the last two thousand years in Villars speleothems.Lastly, the partition coefficients of alkaline-earth metals, uranium and rare-earth elements were measured in different sites and conditions and proved to be very site-dependent.

Ce travail a pour but d’étudier la dynamique des éléments traces (ETs) dans la colonne d’eau d’une rivière anthropisée : l’Orge. La partie amont du bassin versant draine en majorité des terrains boisés et des terres agricoles, et vers l’aval, des zones urbanisées de plus en plus denses jusqu’à son exutoire dans la Seine, au sud de Paris. Quatre campagnes de prélèvements ont été effectuées le long de l’Orge suivant une année hydrologique (2010/2011). Le suivi spatio-temporel des concentrations dans la phase dissoute (< 0,45 µm) et dans les matières en suspension (MES) a été associé à des outils de traçage isotopique (δ34S [SO42-], 206Pb/207Pb) pour comprendre la dynamique de la partition des ETs ainsi que pour caractériser leurs sources en rivière sous pression urbaine. Une caractérisation fine de la spéciation solide du zinc, contaminant inorganique majeur en rivière dans ce bassin versant a été effectuée en couplant diffraction des rayons X, microscopie électronique à balayage et à transmission associée à la microanalyse, et spectroscopie d’absorption des rayons X sous rayonnement synchrotron. Les résultats géochimiques caractérisent les rejets de ruissellement et les rejets liés à l’assainissement comme des sources majeures d’ETs en rivière. Les résultats des analyses isotopiques ont permis de créer un indicateur de la pression anthropique en rivière, traçant à la fois les compartiments dissous et particulaire, tout en tenant compte des paramètres physico-chimiques des eaux et de l’hydrodynamisme. L’analyse de la spéciation solide du zinc dans les MES a permis d’identifier les phases porteuses principales de cet élément comme étant les oxyhydroxydes de fer et manganèse à composante phosphatée, la calcite, les phases argileuses et la silice amorphe. La microscopie confirme l’existence de ces phases ainsi que l’existence de phases porteuses accessoires dans la colonne d’eau oxygénée, notamment des sulfures. Plus généralement, l’ensemble de ces investigations a permis de mieux comprendre le fonctionnement des cycles biogéochimiques des ETs en rivière urbanisée, et offre de nouvelles perspectives de recherche encore largement sous exploitées grâce à l’analyse conjointe de la spéciation et de l’isotopie des métaux. / The aim of this work is to study the dynamics of trace elements (TE) in the water column of the Orge River. In the upstream part of the watershed, land uses consist mainly in forests and agricultural soils, whereas downstream, the population density reaches up to 8,000 inh. km-2, in the suburbs of Paris Megacity. The sampling sites were chosen to describe a gradation in urbanization influence from up to downstream in this particularly contrasted catchment. Four sampling campaigns were performed at seven selected sites along the Orge River during an hydrological year (2010/2011). The spatio-temporal monitoring of the concentrations in the dissolved phase (< 0.45 µm) and in suspended particulate matter (SPM) was associated to isotopic tools (δ34S [SO42-], 206Pb/207Pb) to understand both the dynamics of TE partition and the sources of contamination. Speciation of zinc was investigated as it is the main inorganic contaminant in the Orge River catchment, using X-ray diffraction, scanning/transmission electron microscopy coupled to microanalysis, and synchrotron X-ray spectroscopy. Results of geochemical analyses showed that runoff and sewer releases are major sources of contamination in river. Results from isotopic measurements allow to build a hydro-geochemical indicator of anthropogenic pressure in river which considers both physico-chemistry and hydrodynamics, by tracing simultaneously dissolved and particulate compartments. The investigation of zinc speciation permits to identify iron and manganese oxyhydroxydes, calcite, clays and amorphous silica as main bearing phases for this element. Microscopy results confirmed the existence of such phases in river and allowed the identification of secondary zinc bearing phases as sulfides, “surprisingly” present in the oxic water column. At last, this work permitted a better understanding of biogeochemical cycling of TE in urbanized rivers, and to explore new research schemes by coupling speciation and isotopic measurements for specific elements.

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La phytoremédiation est un concept pour la dépollution et de réhabilitation des sols et/ou de friches industrielles contaminés par des éléments traces métalliques (ETMs), utilisant les végétaux pour absorber ou immobiliser les contaminants en présence des organismes microbiens de la rhizosphère. Cette technique a pour conséquence une production de biomasse plus ou moins contaminée qu’il est nécessaire de traiter et également de valoriser. Cependant, la présence d’ETMs peut être problématique dans une approche de conversion en bioraffinerie. Pour répondre à cette question, deux espèces ont été étudiées : une plante herbacée hyperaccumulatrice (Noccaea caerulescens) et un ligneux (Salix viminalis). Deux prétraitements ont été sélectionnés pour cette étude : les prétraitements par explosion vapeur et organosolv, en appliquant différentes conditions opératoires, afin (1) de suivre la distribution des ETMs au cours du traitement, (2) de purifier la matière lignocellulosique et (3) d’évaluer l’effet des ETMs sur les étapes ultérieures d’hydrolyse enzymatique et de fermentation. Pour le prétraitement organosolv la majeure partie des ETMs est récupérée dans le résidu solide cellulosique alors que par explosion à la vapeur, les ETMs sont extraits en grande partie dans les effluents aqueux du traitement. La présence d’ETMs dans les pâtes cellulosiques et les hydrolysats ne montre pas d’effet significatif sur la cinétique d’hydrolyse enzymatique et de fermentation. Concernant spécifiquement Noccaea caerulescens des teneurs relativement importantes en pectines ont été observées, ce qui ouvre des perspectives intéressantes pour la valorisation de cette plante par la production d’un biopolymère d’intérêt industriel. Finalement, les résultats obtenus montrent qu’il serait possible de combiner réhabilitation des sols et valorisation en bioraffinerie de biomasses issues de phytotechnologies soit pour la production du bioéthanol ou la production de molécules plateforme / Phytoremediation is a concept for the depollution and rehabilitation of soils and/or industrial wastelands contaminated by metal trace elements (MTEs), using plants to absorb or immobilize contaminants in the presence of microbial organisms in the rhizosphere. This technique results in a more or less contaminated biomass production that must be treated and also recovered. However, the presence of MTEs can be an issue in a biorefinery conversion approach. To address this question, two species were studied: an hyperaccumulator herbaceous plant (Noccaea caerulescens) and a woody plant (Salix viminalis). Two pre-treatments were selected for this study: steam explosion and organosolv pre-treatments, applying different operating conditions, in order to (1) monitor the distribution of MTEs during the process, (2) purify lignocellulosic material and (3) evaluate the effect of MTEs on subsequent enzymatic hydrolysis and fermentation steps. For organosolv pretreatment, most of the MTEs are recovered in the solid cellulosic residue while by steam explosion, MTEs are mostly extracted in the aqueous effluents of the treatment. The presence of MTEs in cellulosic pastes and hydrolysates does not show a significant effect on the kinetics of enzymatic hydrolysis and fermentation. Concerning specifically Noccaea caerulescens, the plant contains relatively high levels of pectins, which opens up interesting prospects for the valorization of this plant through the production of a biopolymer of industrial interest. Finally, the results obtained show that it would be possible to combine soil rehabilitation and biorefinery valorization of biomasses from phytotechnologies for either bioethanol production or the production of platform molecules

Atualmente, muitas redes com características dinâmicas estão em funcionamento (por exemplo MANETs, DTNs, redes oportunistas, etc). Neste trabalho, estudamos um modelo para estas redes chamado de Grafos Evolutivos, que permite expressar a dinamicidade das conexões entre nós por meio de uma simples extensão da estrutura comum de grafos. Esta modelagem é utilizada no arcabouço proposto por Casteigts et al. para definir algoritmos distribuídos em redes dinâmicas, que utiliza grafos evolutivos para representar a topologia da rede e renomeação de rótulos para expressar a comunicação entre os nós. Utilizamos esta abordagem para estudar o problema da exclusão mútua distribuída em redes dinâmicas e diversos algoritmos propostos para ele, a fim de definir e validar suas condições necessárias e suficientes de conectividade em redes dinâmicas. Além da formalização de algoritmos, o modelo de grafos evolutivos também pode ser utilizado para analisar redes dinâmicas. Rastros de redes dinâmicas reais são amplamente utilizados na literatura para estudos de algoritmos pois estes geram resultados mais realísticos do que redes simuladas com padrões de movimento. A partir dos detalhes de cada conexão entre nós de um destes rastros, é possível construir um grafo evolutivo, do qual se pode extrair dados como jornadas ótimas entre nós, variação da conectividade no tempo, estabilidade, e periodicidade. Com as informações mencionadas, um pesquisador pode observar com maior precisão as características do rastro, o que facilita na escolha da rede mais apropriada para sua necessidade. Além disso, o conhecimento prévio de tais características de uma rede auxilia no estudo do comportamento de algoritmos executados sobre ela e provém uma validação para suposições geralmente feitas pelos pesquisadores. Para fornecer estas informações, desenvolvemos uma ferramenta Web que analisa rastros de redes dinâmicas e agrega os dados em um formato de fácil visualização. Descrevemos, neste trabalho, a implementação e a utilidade de todos os serviços da ferramenta. / Lately, several networks with dynamic properties (for instance MANETs, DTNs, opportunistic networks, etc) are functioning. In this work, we studied a model for these networks called Evolving Graphs, which allows the expression of the dynamicity of the conections between nodes through a simple extension of the common graph structure. This model is used by the framework proposed by Casteigts et al. to define distributed algorithms in dynamic networks, which uses evolving graphs to represent the network topology and graph relabelling to express the communication between nodes. Using this approach, we study the distributed mutual exclusion problem in dynamic networks and several algorithms proposed to solve it, in order to define and validate their necessary and sufficient connectivity conditions. Apart from the formalization of algorithms, the evolving graphs model can also be used to analyze dynamic networks. Dynamic network traces are widely used in the literature in order to study algorithms, as they generate better results than simulated networks with movement patterns. From the details of every connection between nodes in a trace, it is possible to build an evolving graph, from which a large amount of information can be extracted, such as optimal journeys between nodes, variation of the conectivity over time, stability and periodicity. With the aforementioned information, a researcher might observe the characteristics of a trace more precisely, which facilitates the process of choosing the most appropriate trace for his needs. Furthermore, the early knowledge of such characteristics of a network helps in the study of the behavior of the algorithms exected over it and provides a validation for the assumptions usually made by the researchers. In order to provide this information, we developed a web tool which analyzes dynamic network traces and aggregates the data in an easily readable format. In this work, we describe the implementation and usefulness of every service in the tool.

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ACTAR TPC (ACtive TARget and Time Projection Chamber) est une cible active de nouvelle génération construite au GANIL (Grand Accélérateur d'Ions Lourds). Les cibles actives sont des cibles gazeuses où le gaz permet de détecter le passage de particules chargées selon le principe des chambres à projection temporelle (TPC). La TPC d'ACTAR est formée d'une anode segmentée de 16384 pixels carrés de 2 mm de côté. La haute densité de voies est gérée par le système électronique GET (General Electronics for TPCs). Ce système digitalise également les signaux sur un intervalle de temps donné, pour une reconstruction 3D complète des évènements. Un démonstrateur huit fois plus petit a d'abord été construit pour vérifier le fonctionnement de l’électronique et la conception mécanique. La finalisation d’ACTAR TPC s’est basée sur les résultats du démonstrateur, qui a été testé avec des faisceaux de 6Li, de 24Mg et de 58Ni. Le commissioning d'ACTAR TPC a été effectué dans le cas de la diffusion résonante sur cible de protons avec des faisceaux de 18O et de 20Ne.Un algorithme de reconstruction des traces mesurées dans la TPC permet d'en extraire les angles et les énergies des ions impliqués dans les réactions. Les résultats sont comparés à des données connues pour déterminer les performances du système de détection. Les résolutions obtenues sur le commissioning à partir de calculs en matrice R valident l'utilisation d'ACTAR TPC pour de futures expériences. Par ailleurs, la diffusion résonante 6Li + 4He réalisée avec le démonstrateur a permis d'étudier les états d’agrégat alpha dans le 10B. Deux résonances à 8.58 MeV et 9.52 MeV sont observées pour la première fois en diffusion élastique dans cette voie de réaction. / ACTAR TPC (ACtive TARget and Time Projection Chamber) is a next generation active target that was designed and built at GANIL (Grand Accélérateur d'Ions Lourds). Active targets are gaseous targets in which the gas is also used to track charged particles following the principles of time projection chambers (TPC). The TPC of ACTAR has a segmented anode of 16384 2 mm side square pixels. The high density of pixels is processed using the GET (General Electronics for TPCs) electronic system. This system also digitizes the signals over a time interval, enabling a full 3D event reconstruction. An eight time smaller demonstrator was first built to verify the electronics operation and the mechanical design. ACTAR TPC's final design was based on results obtained with the demonstrator which was tested using 6Li, 24Mg and 58Ni beams. The commissioning of ACTAR TPC was then carried out for the case of resonant scattering on a proton target using 18O and 20Ne beams. A track reconstruction algorithm is used to extract the angles and energies of the ions involved in the reactions. Results are compared to previous data to determine the detection system performances. Comparing the commissioning data with R matrix calculations, excitation functions resolutions in different cases are obtained. The use of ACTAR TPC is validated for future experiments. Furthermore, alpha clustering was studied in 10B through the resonant scattering 6Li + 4He, carried out with the demonstrator. Two resonances at 8.58 MeV and 9.52 MeV are observed for the first time in elastic scattering with this reaction channel.

Depuis près de 55 ans, TIGF exploite, dans le sud-ouest de la France deux stockages de gaz naturel en aquifère. Le gaz stocké est essentiellement composé de méthane (CH4 à plus de 90 %), mais il contient également d’autres hydrocarbures légers (< C4H10), du diazote (N2), du dioxyde de carbone (CO2), de produits soufrés (H2S, mercaptans) et des composés métalliques présents sous formes de traces ou ultra-traces. L’objectif de la thèse est l’étude du transfert de ces composés vers l’aquifère avec comme cas d’étude : le mercure. Un dispositif expérimental a donc été conçu et développé pour (i) mesurer la solubilité dans l’eau du mercure gazeux présent dans le gaz stocké, ainsi que (ii) pour étudier les phénomènes d’adsorption sur la roche dans les conditions de pression (60 bar) et de température (45°C) du réservoir naturel. Les résultats expérimentaux obtenus en laboratoire ont été utilisés dans un modèle numérique afin de simuler le comportement du réservoir et évaluer notamment les quantités de mercure susceptibles de rester en son sein lors de l’exploitation du stockage. / For nearly 55 years, TIGF operates two gas storages in an aquifer in the southwest of France. The stored gas is mainly composed of methane (CH4 over 90%) but it also contains other light hydrocarbons (<C4H10), nitrogen (N2), carbon dioxide (CO2), sulfur compounds (H2S, mercaptans) and some metallic compounds at traces or ultra traces level. The objective of this thesis was to study the transfer of these compounds to the aquifer with special regard to mercury. An experimental device has been designed and developed to measure (i) the mercury solubility in water and (ii) to study the phenomena of adsorption on the rock in the natural reservoir’s conditions (60 bar and 45°C). The laboratory results were used in a numerical code to simulate the behavior of the reservoir and assess the mercury amount that may remain in it during the storage operation.

La datation de l’âge de génération des hydrocarbures et de la déposition de la roche mère fournit des informations importantes dans la prospection pétrolière. Dans ce travail, différentes stratégies ont été étudiées pour la détermination des métaux traces, et des rapports isotopiques du plomb dans des produits pétroliers par des techniques de spectrométrie de masse. Les stratégies d’analyses développées dans ce travail ont été utilisées pour estimer l’âge de génération du pétrole, ainsi que l’âge de déposition de la roche mère âge du « New Albany shales » dans le basin d’Illinois, en utilisant les géochronomètres U-Th-Pb. Les ages déterminés par la méthode U-Th-Pb sont en très bon accord avec ceux prédits par les modèles numériques géologiques, ce qui démontre le potentiel de cette approche pour étudier l’histoire de la formation des hydrocarbures et dans la recherche de nouvelles sources d'hydrocarbures. / Timing crude oil generation and source rock deposition provides important clues in petroleum prospection. In this work, different analytical procedures were developed for trace metals and Pb isotope ratio were determination crude oils and related products. These analytical strategies were then used, for the first time, to assess the applicability of the U-Th-Pb geochronometers for timing source rock deposition age and crude oil generation in the Illinois Basin. Ages determined are in good agreement with those predicted by geological numerical models, demonstrating the potential of these geochronometers to study the history of hydrocarbons formation and to find new hydrocarbon sources.