Résumé : La technologie des armatures en matériaux composites de polymères renforcés de fibre (PRF) reste relativement récente (moins de 20 ans) et souffre d’une moins bonne réputation en termes de durabilité, ce qui tend à freiner son acceptation par les professionnels du secteur. Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour but d’étudier les effets de l’humidité et de l’alcalinité sur les performances mécaniques et thermomécaniques de barres d’armature en PRF. Si de nos jours l’évolution des propriétés des armatures de PRF a été largement étudiée par différents chercheurs, nous n’avons que peu d’informations sur les modes de dégradation qui entrainent ces pertes de performances. Le but des travaux entrepris dans ce mémoire est de trouver des pistes d’investigation pour la compréhension de ces mécanismes de dégradation qui pourraient éventuellement par la suite être reprises dans le cadre de travaux de thèse. Les travaux qui ont été entrepris s’articulent autour de deux projets. Le premier s’intéresse à l’étude du vieillissement accéléré de barres de polymère renforcé de fibres de verre (PRFV) de différents diamètres et soumis à un environnement humide. Le second s’intéresse à l’étude de barres de PRFV et de polymère renforcé de fibres de basalte (PRFB) de même diamètre soumis à un environnement alcalin qui simule le milieu interstitiel du béton. / Abstract : The FRP rebars technology remains relatively recent and suffers from a bad reputation in terms of durability which slows its acceptation among the professionals of the construction field. The aim of the work presented in this essay is to study the effects of moisture and alkalinity on the mechanical and thermo mechanical performances of FRP rebars. Nowadays, the progressions of FRP performances have been widely studied by different researchers but we still have few knowledge about the modes of degradation which lead to performance losses. The final goal of this work is to find investigation trails for the understanding of those degradation mechanisms which could possibly be taken over as part of a thesis work. The work is divided into two projects. The first one is the study of accelerated aging of glass fibers reinforced polymer (GFRP) rebars, of different diameters, conditioned in a moist environment. The second one concerns the behavior of GFRP and basalt fibers reinforced polymer (BFRP) rebars, of same diameter, conditioned in an alkaline environment which simulates the interstitial solution of concrete.

De juin 2005 à septembre 2007, six campagnes océanographiques ont été effectuées dans l'Est de l'Atlantique Tropical afin d'étudier principalement la distribution spatio-temporelle des paramètres du carbone océanique, les processus induisant leur variabilité et d'estimer les flux air -mer de CO2. 195 échantillons d'eau de mer de surface prélevés ont servi à l'analyse de l'alcalinité totale (TA) et le carbone inorganique dissous (DIC). Les distributions de la température de surface de la mer (SST), de la salinité de surface de la mer (SSS), de DIC et de TA ont permis de mettre en évidence un gradient nord -sud entre les eaux du nord et celles du sud du bassin. En effet, aux faibles (ou fortes) Salinités sont associées les faibles (ou fortes) TA et DIC. Dans la partie nord de la zone (0°-6°N) précisément dans le courant de Guinée apparaissent les faibles salinités, alcalinités et carbone inorganique, tandis que les fortes concentrations de ces paramètres sont observées au sud de l'équateur (0°-10°S) dans les eaux du courant sud équatorial. Toutefois, la SST présente une distribution contrastée à celles des autres paramètres. Aucune variabilité temporelle significative n'apparaissant dans les distributions de TA et DIC, l'ensemble des données des campagnes a été alors utilisé pour déterminer des relations empiriques uniques entre TA et SSS, et entre DIC, SSS et SST. Ces relations validées ont conduit au calcul de la fugacité de CO2. Des cartes mensuelles de fCO2 moyennes ont été établies, sur une grille de 1° latitude x 1° longitude, en utilisant des champs de données de SST et de SSS pour la zone de 10°E-10°W, 6°N-10°S pour la période de 2005 à 2007 des mois de juin à novembre. Le flux air-mer moyen mensuel de CO2 varie de 1,69 ±1,94 mmol m-2 d-1 (Novembre) à 2,78 ±1,65 mmol m-2 d-1 (Août) pour toute la région. Ces résultats ont permis la comparaison de nos flux air -mer et ceux de climatologie par l'utilisation du même coefficient d'échange. Nos flux air -mer estimés montrent un gradient plus important entre les eaux du nord et celles du sud de l'équateur que les estimations climatologiques. Cette différence est probablement due au nombre peu élevé de données en climatologie et aussi à la mauvaise résolution de sa grille (4° de latitude x 5° de longitude). Toutefois, les deux méthodes d'estimation de flux air -mer s'accordent que la zone de l'Est de l'Atlantique tropical est une source de CO2 pour l'atmosphère.

Les microbialites sont des roches organo-sédimentaires dont les processus de formation restent mal compris. L'objectif central de cette thèse est de mieux comprendre les conditions environnementales permettant le développement de microbialites actuels provenant de 10 lacs volcaniques mexicains. Une grande diversité de compositions minéralogiques des microbialites a été observée, comprenant divers carbonates et la quasi omniprésence de silicates de magnésium authigènes. A partir de cette étude nous proposons une valeur minimale d'alcalinité permettant le développement des microbialites. De plus, une corrélation positive entre l'alcalinité et la teneur en sodium des lacs est apparue. Cette corrélation pourrait s'expliquer par des niveaux différents d'évaporation des lacs et/ou des degrés différents d'altération des silicates alentours. L'étude plus particulière des silicates de magnésium a révélé que ces phases sont faiblement cristallisées, semblables à la kérolite et ont un fort potentiel de fossilisation des microorganismes et de la matière organique. Ces silicates de magnésium sont parfois associés à du fer dont l'origine pose question dans ces environnements alcalins et oxygénés. Nous avons mis en évidence la présence de différents types de phases porteuses du fer : des hydroxydes doubles lamellaires (hydrotalcites), des oxy(hydroxy)des, des silicates de magnésium et des sulfures. Nous proposons plus spécifiquement que l'hydrotalcite pourrait être issue de l'altération des basaltes par la circulation de fluides souterrains et plus généralement que cette phase pourrait être un précurseur des silicates de magnésium abondamment observés dans les microbialites actuels. / The processes leading to the formation of microbialites, which are organo-sedimentary rocks, are not well understood. The main goal of this thesis is to better understand the environmental conditions allowing the development of modern microbialites. Here we performed geochemical analyses of water solutions and mineralogical analyses of microbialites in 10 Mexican volcanic lakes. We found a large diversity of microbialites in terms of mineralogical composition, with occurrence of diverse carbonate phases as well as the frequent presence of authigenic magnesium silicate phases. From this study, we infer a minimum alkalinity value for the formation of lacustrine microbialites. Moreover, we observe a positive correlation between the alkalinity and the sodium content of the lakes. This may relate to variations in evaporation intensity and/or various degrees of weathering of the surrounding silicates. The study of Mg-silicates revealed that this phase is similar to kerolite, a poorly crystalline hydrated talc phase, and has a strong potential for the fossilization of microorganisms and organic matter. These silicates are sometimes associated with iron, the origin of which remains uncertain in these alkaline and oxidized environments. By the mineralogical study of several microbialites, we found several phases bearing iron: layered double hydroxides (hydrotalcites), Mg-silicates, oxy(hydroxi)des and sulfides. We propose more specifically that hydrotalcite could be the by-product of basalts weathering by groundwater. We propose more generally that hydrotalcite could be a precursor phase of Mg-silicates abundantly observed in modern microbialites.

Pendant la majeure partie du Pléistocène, les régions de la Terre recouvertes de pergélisol ont été des accumulateurs nets de carbone (C) d’origine végétal et transféré au sol. L’accumulation de ce C organique dans les sols de la région de pergélisol circumpolaire nord a conduit à des stocks qui contiennent actuellement une masse C supérieure à celle qui existe dans l'atmosphère par un facteur de plus de deux. Dans le même temps, les rivières du pergélisol arctique rejettent environ 11% du flux d’eau fluvial global dans les océans, et ce dans un océan (l’Arctique) correspondant à 1% du volume d’eau total des océans et une très grande surface ce qui le rend relativement sensible aux afflux de matières dérivées des surfaces terrestres. Ce flux fluvial provient de précipitations sous forme de pluie ou de neige qui, lors du contact initial avec la surface, ont le potentiel immédiat d'interagir avec le C de l'une des deux manières suivantes: d’une part, l'eau qui coule sur des roches carbonatées ou silicatées provoquera une réaction dont le réactif nécessite l'absorption de CO2 atmosphérique, qui est ensuite transporté dans l'eau des rivières. Ce C inorganique issu de l’interaction de l’eau, de l’atmosphère et de la lithosphère représente donc un vecteur de stockage ou de «puits» du C. D’autre part, l’eau qui interagit avec la matière organique présente dans les arbres, la litière ou le sol peut dissoudre le C qu’elle contient et le transférer par les eaux de surface et souterraines dans les rivières. Ce carbone peut ensuite être métabolisée vers l’atmosphère ou exportée dans la mer. Des améliorations récentes dans la compréhension de la dynamique du C terrestre indiquent que ce transfert hydrologique de matière organique représente le devenir dominant du carbone organique, après prise en compte de la respiration des plantes et du sol. Dans le contexte du réchauffement climatique d’origine anthropique amplifié de l'Arctique, l'exposition thermique imposée au stock de pergélisol de C, associé à d'une augmentation des précipitations futures, laisse présager des changements importants dans le cycle du carbone organique et inorganique induit par les flux latéraux. Cependant, la totalité des processus impliqués rend difficile la prévision de ce changement. Partant de ce constat, cette thèse s’appuie sur les avancées antérieures en matière de modélisation du système terrestre pour inclure la production et le transport latéral de carbone organique dissous (COD), de CO2 dérivé de la respiration et d’alcalinité dérivée au sein d’un modèle global de surface terrestre développé précédemment pour résoudre spécifiquement les processus des régions boréales. Al’aide de données de pointe sur le sol, l'eau, la végétation et la climatologie pour forcer les conditions aux limites nous sommes en mesure de reproduire les processus et les flux de transport latéraux existants ainsi que faire des projections futures. Dans cette thèse, nous montrons que les exportations d'alcalinité panarctique et l'absorption du CO2 qui l'accompagne augmentent avec le réchauffement, que les flux de COD diminuent en grande partie à cause des circuits d'écoulement d'eau plus profonds dans le sol et des changements qui en résultent dans les interactions carbone-eau. Enfin, nous observons que la libération de COD dans l’Articque n’est pas linéairement liée à la temperaturre. Par conséquent, la future libération de COD dans l'Arctique peut augmenter ou diminuer avec la température en fonction des modifications de l'état thermique et des trajectoires hydrologiques dans les sols profonds. L'effet net de ces flux sur les océans est de réduire l'acidification future de l'eau de mer d'origine terrestre. Les améliorations futures apportées au modèle pour inclure des représentations du carbone particulaire, de génération de méthane, de COD pyrogénique, de subsidence de glace / surface du sol sont nécessaires pour accroître la rigueur des résultats générés par ce modèle. / For much of the Pleistocene, regions of the Earth underlain by permafrost have been net accumulators of terrestrially-fixed plant carbon (C), known as organic C, to the extent that in the present day the soils of the northern circumpolar permafrost region alone contain a C mass outweighing that which exists in the modern atmosphere by a factor of over two. At the same time, the rivers of the Arctic permafrost region discharge about 11% of the global volumetric river water flux into oceans, doing so into an ocean (the Arctic) with 1% of global ocean water volume and a very high surface area: volume ratio, making it comparatively sensitive to influxes of terrestrially derived matter. This river flux is sourced from precipitation as either rain or snow, which, upon initial contact with the landscape has the immediate potential to interact with C in one of two ways: Water running over carbonate or silicate –bearing rocks will cause a reaction whose reactant requires the uptake of atmospheric CO2, which is subsequently transported in river water. This ‘inorganic’ C derived from interaction of water, atmosphere and lithosphere thus represents a C storage or ‘sink’ vector. In addition, water interacting with organic matter in tree canopies, litter or soil can dissolve C contained therein, and transfer it via surface and subsurface water flows into rivers, whereupon it may either be metabolised to the atmosphere or exported to the sea. Recent improvements in understanding of terrestrial C dynamics indicate that this hydrologic transfer of organic matter represents the dominant fate of organic carbon, after plant and soil respiration are accounted for. In the context of amplified Arctic anthropogenic warming, the thermal exposure imposed on the permafrost C stock with expectations of enhanced future precipitation point toward substantial shifts in the lateral flux-mediated organic and inorganic C cycle. However, the complex totality of the processes involved make prediction of this shift difficult. Addressing this gap in instrumental power and theoretical understanding, this collection of studies builds upon previous advances in earth system modelling to include the production and lateral transport of dissolved organic C (DOC), respiration-derived CO2, and rock-weathering derived alkalinity in a global land surface model previously developed to specifically resolve permafrost-region processes. By subjecting the resulting model to state of the art soil, water, vegetation and climatology datasets, we are able to reproduce existing lateral transport processes and fluxes, and project them into the future. In what follows, we show that while Pan-Arctic alkalinity exports and attendant CO2 uptake increase over the 20th and 21st Centuries under warming, DOC fluxes decline largely as a result of deeper soil water flow-paths and the resulting changes in carbon-water interactions. Rather than displaying a clear continuous (linear or non-linear) temperature sensitivity, future Arctic DOC release can increase or decrease with temperature depending on changes in the thermal state and hydrologic flow paths in the deep soil. The net marine effect of these fluxes is to decrease future terrestrially derived seawater acidification. Future model improvements to include representations of particulate C, methane generation, pyrogenic DOC, peat generation, soil ice/land surface subsidence are required to increase the rigor of the results generated by these models.

Dans le cadre des législations européennes relatives au traitement des déchets et aux énergies renouvelables, la méthanisation apparaît comme une alternative prometteuse pour la stabilisation et la valorisation des Ordures Ménagères Résiduelles (OMR). D'un point de vue opérationnel l'hétérogénéité et les difficultés de mise en mouvement d'une matrice aussi complexe que les OMR sont à l'origine de pertes de rendement voire de l'arrêt d'installations de méthanisation. Les performances de méthanisation sont en particulier limitées par l'étape d'hydrolyse des fractions lignocellulosiques qui représentent la majorité du potentiel méthanogène des OMR. Dans ce contexte, l'objectif principal du travail de thèse, était l'étude d'un procédé de percolation dans lequel le déchet n'est pas mis en mouvement. Au travers de ce travail nous avions également pour ambition de produire des connaissances à caractère plus générique sur l'hydrolyse afin d'en améliorer les performances. Des expériences préliminaires ont d'abord permis la définition d'un système expérimental adéquat pour l'étude à l'échelle laboratoire de l'hydrolyse des OMR. La représentativité d'un déchet reconstitué, reproductible et d'utilisation aisée, a notamment été vérifiée en termes de potentiel méthanogène, de profil hydrolytique et de flore microbienne. Suite à la définition de ce système expérimental, son comportement hydrolytique a été comparé à celui d'un test de lixiviation de référence (NF EN 12457-4) afin de valider l'intérêt opérationnel de la percolation pour l'hydrolyse des OMR. De façon inattendue, l'extraction de 38,90% de la matière carbonée initiale du déchet a ainsi été mise en évidence lors de l'hydrolyse par percolation contre 17,84% lors de l'hydrolyse par lixiviation, renforçant l'intérêt suscité par la percolation pour l'hydrolyse des OMR. L'optimisation des performances d'hydrolyse par percolation a ensuite été réalisée par le criblage de huit paramètres opérationnels afin de déterminer leur influence sur les performances d'hydrolyse des OMR, au travers de deux plans d'expérience. L'ajout d'alcalinité (12 gHCO3-.L-1) et la recirculation du percolat pendant 6 h par jour ont ainsi permis d'augmenter significativement les performances d'hydrolyse, passant de 17 à 43% d'extraction de la matière organique (DCO) initiale du déchet (autrement dit de 26 à 69% de la matière biodégradable initiale). L'étude des communautés microbiennes et de leur activité a également été réalisée. Le séquençage des pyrotags d'ADNr 16S a ainsi permis de mettre en évidence le caractère dominant des Classes Clostridia et Bacteroidia au sein des communautés hydrolytiques. Le couplage de cette démarche qualitative à une approche quantitative par qPCR sur une série de biomarqueurs taxonomiques et fonctionnels a permis de montrer qu'il existe une corrélation positive entre l'ajout de carbonates, la neutralisation du pH, la quantité de matière hydrolysée à 14 jours et soit l'abondance de la Classe Bacteroidia soit celle des gènes de la famille hydA, impliqués dans la fermentation. Finalement, l'analyse microbiologique a été approfondie au jour 4, c'est-à-dire durant la phase d'hydrolyse intense, grâce à une approche de métatranscriptomique. L'analyse des transcrits fonctionnels indique que l'alcalinité influence l'activité des microorganismes de la Classe Clostridia dès le jour 4 des essais d'hydrolyse. Plus spécifiquement, l'ajout de carbonates semble corrélé à une modification du métabolisme des sucres chez des microorganismes non cultivables apparentés à Clostridium cellulolyticum et à l'augmentation de l'expression de l'opéron nif, impliqué dans la fixation de l'azote, chez différents groupes de microorganismes. / In the framework of the European green policy, anaerobic digestion appears as a promising technology for stabilization and valorization of Municipal Solid Waste (MSW). In practice, mechanical mixing of a complex and heterogeneous matrix such as MSW induces major operational constraints. Anaerobic digestion performances are especially limited by hydrolysis of lignocellulosic fractions which represent the main part of MSW methanogenic potential. In this context, this PhD project was aiming to characterize and optimize of a percolation process in which MSW stands still. Preliminary experiments were conducted in order to define an experimental system suitable for lab-scale study of MSW hydrolysis. Therefore, the representativeness of an easy-to-use and reproducible reconstituted waste was verified in terms of methanogenic potential, hydrolytic profiles and associated microbial communities. Following system definition, hydrolysis behavior by percolation was compared to a reference lixiviation test (NF EN 12457-4). Surprisingly, hydrolysis by percolation permitted the extraction of 39% of carbonated matter initially contained in waste whereas 18% were extracted during hydrolysis by lixiviation, thus validating operational benefit of percolation for MSW hydrolysis. Optimization of hydrolysis performance was then conducted through the screening of eight operational parameters for their influence on MSW hydrolysis performances thanks to two Designs Of Experiment (DOE). Cumulative effect of alkalinity addition (12 gHCO3-.L-1) and percolate recirculation (6 hour.day-1) significantly improved hydrolysis yield, from 17 to 43% of extracted organic matter compared to the initial content of waste (corresponding to an extraction of 26 and 69% of biodegradable matter). Structure and activity of hydrolytic microbial communities were also studied. 16S rDNA-pyrotags sequencing brought out the dominance of classes Clostridia and Bacteroidia. Additionally, a quantitative approach led by qPCR revealed a correlation between carbonates addition, pH neutralization, amounts of hydrolyzed matter at day 14 and either class Bacteroidia or genes from hydA family, involved in fermentation. Finally, metatranscriptomic approach was conducted at day 4 in order to further study microbial activity during the intense hydrolysis phase. According to functional analysis, alkalinity seems have positive influence on class Clostridia activity. More specifically, carbonates addition seems correlated to a modification of carbohydrates metabolism of organisms affiliated to Clostridium cellulolyticum and to transcriptional up-regulation of nif operon, involved in nitrogen fixation, among various types of microorganisms.