La matière organique dissoute (MOD) est un composant important des eaux naturelles, déterminant la forme des éléments et les émissions de gaz à effet de serre (CO2, CH4), et influence la biodiversité des milieux des eaux. Les eaux boréales sont connues pour être généralement riches en fer, et cela est vrai en particulier pour les eaux de la région étudiée (Carélie du Nord, Russie). Le fer est associée aux MOD dans les complexes de bas poids moléculaire et les colloïdes organo-ferreux de haut poids moléculaire, qui agissent comme les principaux transporteurs d'éléments traces métalliques dans le continuum hydrologique typiques de cette région : sol - marais - rivière - lac. La transformation des colloïdes organo-ferreux se fait sous l'influence de deux facteurs principaux: la dégradation bactérienne et la dégradation photochimique. Cette étude est consacrée à l'analyse du comportement du carbone organique dissous (COD) et des éléments traces (ET) des eaux de surface en zone boréale sous l'influence de l'activité métabolique des bactéries hétérotrophes et de l'oxydation photolytique des MOD sous l'effet de la lumière du soleil. Dans les expériences, un lixiviat de tourbière, un échantillon d'eau de marais, un échantillons d'eau de ruisseaux, un échantillon de rivière, un échantillon d'eau de lac humique, un échantillon d'eau de lac oligotrophique et un pluvio-lessivat collecté sous un pin, échantillons dans lesquelles dominent les MOD de nature humique, ont été utilisés comme substrats. Des expériences en laboratoire utilisant des communautés monosouches de bactéries aérobies hétérotrophes Pseudomonas aureofaciens et Pseudomonas saponiphila (prélevées sur le territoire de Carélie) ont permis d'établir que la MOD allochtone des milieux aquatiques en zone boréale possède une forte résistance à l'activité des bactéries étudiées. Le taux de minéralisation bactérienne du COD était de 0 à 4.3 mgC.L-1.jour-1 selon le substrat, et la fraction de faible poids moléculaire (<1 kDa) de la MOD est plus susceptible de destruction que celle de poids moléculaire élevé (de 1 kDa à 0.22 µm). L'interaction des bactéries avec divers substrats aqueux a montré pour une large gamme d'éléments (Al, Fe, Mn, Ni, Co, Cu, Cd, REE, U) une prédominance significative d'une adsorption rapide sur la surface cellulaire observée lors de la première heure d'expérience (t < 1h) par rapport à une diminution lente observée lors de la suite de l'expérience (1h < t < 96h), diminution lente lié à l'assimilation intracellulaire des métaux et à la coprécipitation extracellulaire des éléments avec des hydroxydes de Fe et Al. L'analyse de divers substrats a montré une augmentation de l'adsorption des métaux avec le rapport DOC/Fe dans la solution initiale, ce qui peut être due à la compétition entre Fe et d'autres cations métalliques pour les sites d'adsorption anioniques des surfaces des cellules bactériennes. Le suivi des dynamiques d'élimination des métaux des solutions expérimentales pendant 96 heures n'a pas mis en évidence de lien entre l'élimination des métaux et le pH et les valeurs absolues de concentration de DOC et de Fe. Une relation a été établie entre la diminution lente (96 h) des éléments et le degré initial de sursaturation de la solution en oxydes et hydroxydes de fer et d'aluminium. Des expériences en conditions naturelles avec des échantillons d'eau de rivière et de marais a montré que la destruction photolytique de la MOD est beaucoup plus efficace pour l'eau de marais. / Dissolved organic matter (DOM) is an important component of natural waters, determining the form of elements and the emission of greenhouse gases (CO2, CH4), as well as affecting water biodiversity. A feature of boreal waters, and in particular the study area waters (North. Karelia, Russia), is high concentration of Fe (III), associated with DOM in low-molecular complexes and in high-molecular organo-ferric colloids, which act as the main carriers of metallic trace elements in the most typical hydrological continuum soil - bog - river - lake. The transformation of organo-ferric colloids occurs under the influence of two main factors: bacterial and photochemical degradation. The present study is devoted to the analysis of dissolved organic carbon (DOC) and trace elements (TE) behavior in surface waters of the boreal zone under the influence of the heterotrophic bacteria metabolic activity and photolytic oxidation of DOM under sunlight exposure. For the purpose of experiments there were used substrates with predominate allochthonous DOM of humic nature, including peat leachate, pine crown throughfall, fen, humic lake, stream, river and oligotrophic lake. An experiment carried out in laboratory conditions using monocultures of heterotrophic aerobic bacteria Pseudomonas aureofaciens and Pseudomonas saponiphila (isolated on the territory of Karelia) allowed to establish that allochthonous DOM of the boreal zone reservoirs possesses high resistance to the activity of the explored bacteria. The rate of bacterial mineralization of DOC was observed in range from 0 to 4.3 mgC L-1day-1, depending on the substrate, and the low molecular weight fraction (<1 kDa) of DOM was found to be more prone to destruction than high molecular weight (from 1 kDa to 0.22 µm). The interaction of bacteria with various aqueous substrates showed a significant predominance of short-term (< 1 h) adsorption on the cell surface for a wide range of elements (Al, Fe, Mn, Ni, Co, Cu, Cd, REE, U) over a long term (1 h - 96 h) intracellular uptake of metals and extracellular coprecipitation of elements with Fe and Al hydroxides. Among different substrates, there was an increase in the adsorption with the increase of DOC/Fe ratio in solution, which can be linked to a competition between Fe and metal cations for anionic adsorption sites on cell surface. The long-term removal of dissolved metals did not show any link to pH, DOC, and Fe concentration.

Les matières organiques dissoutes (MOD) constituent un paramètre essentiel de la qualité des milieux aquatiques et du fonctionnement des écosystèmes. La production de MOD dans les sols et leur devenir lors de leur transfert dans les bassins versants ont été étudiés au cours d'expérimentation réalisées à différentes échelles, du microcosme de sol au bassin versant, à l'aide du traçage isotopique des formes stables du carbone (13C). À l'échelle du bassin versant, nous avons mis en évidence le rôle des zones humides dans la formation du carbone organique dissous (COD). Lors d'évènement de crues nous avons néanmoins observé la mobilisation de plusieurs sources de COD pour alimenter les rivières. Au cours d'expérimentations de laboratoire, nous avons démontré que le type d'essence forestière influence le devenir du carbone extractible à l'eau contenu dans les sols. La substitution de forêts natives par des plantations de Douglas diminue les apports de carbone dans le sol et les vitesses de minéralisation du carbone organique du sol lesquelles dépendent aussi de la température. Pourtant, l'évolution du carbone extractible à l'eau des sols de forêt, conditionnée par le type d'essences, ne dépend ni des vitesses de minéralisation du carbone ni de la température. Nous avons donc conclu que dans les horizons de surface des sols forestiers, le COD ne provient pas principalement de la décomposition de la matière organique du sol mais de la végétation par l'intermédiaire des lessivats de litière.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre général de l'identification des facteurs à l'origine de l'augmentation des concentrations en carbone organique dissous (COD) observée ces dernières années dans un grand nombre de rivières d'Europe et d'Amérique du Nord. Elle vise à mieux comprendre les mécanismes de transfert du COD des sols vers les rivières, et à identifier et quantifier le rôle de l'hydro-climat et de sa variabilité sur la production et le transfert de COD. Pour atteindre cet objectif, une série long-terme (8 ans) et horaire (8 crues) décrivant la variabilité des teneurs en COD enregistrée dans la rivière à l'exutoire du bassin-versant agricole de Kervidy-Naizin a été confrontée à la variabilité des principaux facteurs hydro-climatiques censés contrôler la production et le transfert de COD. Un travail de modélisation a finalement permis de tester certaines des hypothèses avancées. Nous avons ainsi identifié les horizons superficiels des sols des zones de bas fond comme la principale source de COD. De l'automne jusqu'au printemps, cette composante allochtone représente l'essentiel du flux de COD transitant à l'exutoire et devient relayée par une composante autochtone en été. L'analyse des variations saisonnières des apports allochtones de COD révèle la présence de deux compartiments producteurs de COD au niveau du sol: i) un compartiment mobilisé uniquement en automne, dont la taille est finie et parait être sous la dépendance de la durée du retrait de la nappe hors des horizons organiques pendant l'été précédent; ii) un compartiment mobilisé en hiver et au printemps, dont la taille paraît, elle, indépendante des conditions climatiques. Nous supposons que ce deuxième compartiment correspond au fond humique "ancien" des sols des zones de bas fond, la nature du premier compartiment restant, elle, à élucider. La localisation des zones sources du COD aux zones humides de bas-fond déduite dans ce travail est comparable aux résultats publiés sur des bassins versants forestiers et alpins. Ainsi, l'activité agricole intensive pratiquée sur ce bassin versant ne semble pas avoir d'effet sur la dynamique du transfert du COD, alors qu'elle modifie profondément la chimie de l'eau. Dans notre étude, les variables hydro-climatiques telles que la température et/ou la hauteur de nappe n'influencent les transferts de COD qu'à l'échelle d'une saison, l'automne. Aucun effet n'est détecté à l'échelle annuelle. En particulier, l'épisode caniculaire de 2003 où l'augmentation progressive de la profondeur estivale de la nappe enregistrée sur la période d'étude ne crée pas d'augmentation long-terme de la teneur moyenne annuelle en COD celle-ci restant stable (5,5 mg.l-1). Ce résultat suggère que le réchauffement climatique actuel n'est probablement pas la cause de l'augmentation des teneurs en COD observée dans beaucoup de rivières de part le monde. Le travail de modélisation a permis, entre autre, de confirmer la localisation de la source principale du COD dans les horizons superficiels des sols des zones de bas de versant, ou l'existence d'une production autochtone de COD dans la rivière en été. Néanmoins des travaux complémentaires semblent nécessaires pour déterminer la nature exacte des sources du COD ainsi que leur dynamique de production et de décomposition.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les réseaux trophiques jouent un rôle primordial dans la régulation des flux de matière et d’énergie au sein des écosystèmes. Dans le cadre des pratiques de recharge artificielle des aquifères, les biocénoses souterraines sont pleinement sollicitées et leur capacité à dégrader les flux de matière organique de surface conditionne le maintien de la qualité des eaux souterraines. L’objectif de ce travail est de déterminer l’influence d’une augmentation des flux de carbone organique dissous sur l’intensité des interactions trophiques entre les communautés microbiennes et les assemblages d’invertébrés au toit des nappes phréatiques rechargées artificiellement avec des eaux de ruissellement pluvial. A travers une approche expérimentale de terrain et de laboratoire, ce travail permet d’évaluer l’intensité des relations existant entre les flux de carbone organique dissous, les conditions environnementales, l’activité et la diversité de communautés microbiennes et l’abondance des communautés d’invertébrés. / Food webs play a crucial role in regulating the fluxes of matter and energy within ecosystems. Artificial recharge of aquifers relies heavily on the ability of groundwater biocenoses to degrade organic matter fluxes that is a condition to maintain the quality of groundwater. The objective of this work is to determine the impact of increased dissolved organic carbon supply on the trophic interactions between the microbial communities and invertebrate assemblages at the upper layers of groundwater artificially recharged with stormwater. Through a combined field and laboratory experimental approach, this work allows ranking the strength of relationship between dissolved organic carbon fluxes, environmental conditions, activity and diversity of microbial communities and abundance of invertebrate assemblages

Ce travail de thèse porte sur l’étude des mécanismes et des bilans de transfert des pesticides vers les cours d’eau sur deux bassins versants agricoles emboités, de tailles différentes en Gascogne (Sud Ouest de la France) : la Save à Larra (1110 km2).et le Montoussé (3,28 km2) à Auradé. Dans cette région, les pratiques d’une agriculture intensive conduisent à des risques importants pour les ressources en eau, notamment pendant les périodes de crue. C’est pour cela que nous avons porté une attention particulière dans cette étude à ces événements au cours desquels une grande quantité de contaminants sont transportés par les cours d’eau. Quatorze molécules de pesticides (herbicides et fongicides) largement utilisées sur ces bassins versants ont été étudiées grâce à un échantillonnage intensif, notamment en périodes de crue, durant deux années hydrologiques (2007/2008 et 2008/2009). La majorité des molécules étudiées présentent des concentrations qui dépassent les limites autorisées par l’Union Européenne pour l’eau potable (0.1 μg.L-1 pour chaque molécule et 0.5 μg.L-1 pour l’ensemble des molécules), notamment en périodes de crue. L’analyse des hystérésis mises en évidence sur les relations entre les concentrations (pesticides, MES, COD, POC) et les débits du cours d’eau permet de mieux comprendre les mécanismes de transfert des pesticides et de leurs paramètres de contrôle. Ces hystérésis montrent pour un même débit des concentrations différentes en montée et en descente de crue ; elles peuvent être dextres (sens des aiguilles d’une montre) ou senestres (sens inverse) suivant l’origine des molécules et l’écoulement responsable de leur transfert des sols vers les eaux. C’est pourquoi nous avons procédé dans cette étude à une séparation des différentes composantes (ruissellement superficiel, écoulement hypodermique, écoulement de nappe) de l’écoulement fluvial pour mieux comprendre la dynamique de transferts des pesticides et de leurs paramètres de contrôle. On peut ainsi mettre en évidence des relations positives entre MES, COD, COP ou certaines molécules de pesticides et les débits des écoulements de surface (ruissellement superficiel ou écoulement hypodermique suivant les caractéristiques physico-chimiques des molécules). Les calculs de flux des différents pesticides exportés par les cours d’eau montrent que 60 à 90% (suivant les molécules) des transports annuels se font durant les épisodes de crue. Les flux spécifiques (masse exportée par unité de surface) calculés sont plus importants sur le bassin versant de la Save que sur celui du Montoussé et les relations flux spécifiques-débits mettent en évidence des concentrations plus élévées sur la Save où l’utilisation des pesticides est globalement plus importante que sur le Montoussé où les pratiques sont raisonnées. L’analyse des pesticides dans l’eau filtrée et non filtrée nous a permis d’estimer la distribution de chaque molécule entre les phases particulaires et dissoutes (Kd). De plus, les valeurs de flux calculés pour chaque crue nous ont permis d’estimer un Kd moyen pour chaque molécule. Ces valeurs de Kd présentent une très bonne relation avec les valeurs de Kow (coefficient de partage octanol-eau) extraites de la littérature. De même, les pourcentages calculés de chaque pesticide exporté sous forme particulaire sont aussi très bien corrélés au Kow de chaque molécule. / The mechanisms of pesticides transport to stream flow were studied in two agricultural nested catchments of different size in Gascogne region (South West of France): the Save river basin at Larra (1110 km2) and the Montoussé experimental watershed at Auradé (3.28 km2). The intensive agricultural practices used in this region lead to an important risk for water resources by pesticides, especially during storm events. This is why we have paid special attention on storm events when a large quantity of contaminant was transported during hydrological periods. Fourteen molecules of pesticides (herbicides and fungicides) were investigated during the study period. Both of these groups are widely used for agricultural purposed in these catchments. The results achieved over the two years monitoring (2007-2009) enable us to emphasize the principal processes, implied in pesticide transfer on these agricultural catchments. The majority of compounds are detected during storm runoff events. And, the average concentrations of some pesticides are exceeded at the authorization limit of the European Union for pesticide concentrations in drinking water (0.1 µg.L-1 for individual pesticides and 0.5 µg.L-1 for total pesticides). To better understand the mechanisms of pesticide transport hysteresis, patterns on the concentration-discharge relationship (result of different concentration of pesticides in rising and falling limb of storm) were studied. However, clockwise or anticlockwise hysteresis patterns could be observed for some molecules of pesticide and their controlling factors such as dissolved organic carbon (DOC), particulate organic carbon (POC) and total suspended matters (TSM) according to their transfer dynamic in the catchment. We proceeded with hydrograph separation of the main stormflow components (surface runoff, subsurface flow and groundwater) so that the main pesticide routing could be traced for its soil-river transfers. We also came to the conclusion that there is a positive relationship between riverine TSM, DOC and pesticide, concentrations and the discharges of surface or subsurface runoffs according to pesticide properties. Pesticide flux calculation shows between 60 to 90% of the molecule transport takes place during storm periods. Specific flux calculation also demonstrated the higher flux value in Save catchment than in Aurade with higher pesticide concentration for a given specific discharge. The latter result may be due to the more consumption of pesticide in Save catchment. The analyses of pesticides both in filtered and unfiltered water enabled us to estimate the distribution of pesticides into particulate and dissolved phases. Moreover, the pesticide flux values allow calculating average partition coefficients kd between dissolved and particulate fractions which present good relationship with Kow values (octanol-water) extracted from literature. The percentage of each pesticide transported as particulate forms is also well correlated to Kow.

Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet SIMED fédérant les activités de modélisation à l'échelle méditerranéenne, et plus globalement dans le programme MERMEX qui vise à étudier les cycles biogéochimiques en mer Méditerranée et leurs évolutions futures. L'étape préliminaire a été de coupler la plateforme de modélisation hydrodynamique (NEMO) à celle de modélisation biogéochimique mécaniste (Eco3M), afin de réaliser une simulation (2000-2012) utilisant les sorties hydrodynamiques de la configuration NEMO-MED12 pour forcer le modèle biogéochimique Eco3M-MED. Les nombreuses comparaisons menées dans cette thèse (chlorophylle, sels nutritifs, production primaire, etc.) ont aidé à s'assurer de la capacité du modèle à reproduire les principales caractéristiques biogéochimiques de la Méditerranée. Ce travail a permis de généraliser le rôle majeur joué par le carbone organique dissous dans la pompe biologique à l'échelle de la mer Méditerranée. Les résultats montrent que la production de carbone organique particulaire est restreinte aux régions de forte dynamique physique, tandis que l'accumulation de carbone organique dissous dans les eaux de surface est commune à la plupart des régions du bassin. Ce dernier processus s'est avéré dépendant des contenus cellulaires du phytoplancton et des bactéries hétérotrophes. Finalement d'après le modèle, la fraction dissoute du carbone organique contribuerait à hauteur d'environ 64 % à l'exportation dans le bassin Ouest, et de 90 % dans le bassin Est. Le bassin Est -en dépit de sa plus forte oligotrophie- s'avère participer à près de 60 % à l'exportation de carbone organique en mer Méditerranée. / This work is part of the SIMED project which is dedicated to basin-scale modeling of the Mediterranean Sea. It also belongs to the MERMEX program which aims at studying biogeochemical cycles in the Mediterranean Sea and their evolution. The first step of this work was to couple the hydrodynamic modeling platform (NEMO) to the mechanistic biogeochemical modeling platform (Eco3M). We ran a simulation (2000-2012) using the hydrodynamic outputs from NEMO-MED12 configuration to force the biogeochamical model Eco3M-MED. The model evaluation was conducted using numerous field measurements (chlorophyll, nutrients, primary production, etc.). The simulation strengthens and extends to the whole basin the prominent role of dissolved organic carbon in the biological carbon pump in the whole Mediterranean Sea. A comprehensive analysis of organic carbon (particulate and dissolved) production processes production was performed. Results reveal that particulate organic carbon production is restricted to the highly dynamic areas, whereas dissolved organic carbon accumulation in the surface layers is a common process in much areas of the basin. This latter process appeared to dependant on the cellular contents of phytoplancton and heterotrophic bacteria, themselved being controled by low phosphate availability. Finally, the dissolved organic carbon contribution to carbon export is around 64 % in the Western basin, and up to 90 % in the Eastern basin. When taking into account the dissolved fraction, total organic carbon export in the Eastern basin -despite its higher oligotrophy- exceeds the one in the Western basin (60% against 40 %).

Le bassin de la Garonne, deuxième plus grand bassin français de par sa superficie (52000 km2 au Mas d'Agenais), fait l'objet de pressions anthropiques liées aux activités humaines agricoles, domestiques et industrielles.<br />Le prélèvement des eaux de la Garonne et de ces principaux affluents sur une année hydrologique a permis de détecter des enrichissements significatifs pour un grand nombre d'éléments en trace métalliques (ETM : Pb, Cr, Ni, Cu, Zn...). Il s'avère que la plus part de ces éléments métalliques en quantité de trace (ppb) sont éventuellement transportés sous forme particulaire par les rivières. De nombreux arguments vont dans le sens d'une source majeure diffuse de pollution à l'origine de ces enrichissements : les pluies. Toutefois, certains enrichissements spécifiques liés à des activités industrielles locales sont observées (cas du Cr sur l'Agout). Les bilans des flux [entrée (pluies), sortie (exutoire)] ont mis en évidence le stockage de certains métaux, vraisemblablement dans les sols et les sédiments du lit de la Garonne.<br />Le suivi des flux d'éléments dissous majeurs (NO3-, Cl-, SO42-, Mg2+, Ca2+, K+, Na+) et plus spécialement des nitrates, en période de basses eaux estivales (50 m3/s), dans les eaux d'un tronçon de Garonne Toulousaine, a permis la caractérisation et la quantification des apports anthropiques spécifiques en NO3-, Cl-, K+ et Na+ liés à cette agglomération. Certains de ces éléments, nitrates et potassium, sont partiellement éliminés tout au long de ce tronçon. Cette consommation peut être attribuée à l'activité biologique qui se développe dans le lit de la Garonne (développement du biofilm) dans ces périodes critiques où les eaux sont plus anoxiques (moins oxygénées).<br />L'étude plus spécifique du devenir des nitrates dans une zone humide riveraine de la Garonne (site de Monbéqui) a mis en exergue les capacités de ces sites à éliminer ce composé azoté. Ces zones humides sont le théâtre de la rencontre entre les eaux de la Garonne et de la nappe, propice au développement de nombreux processus biogéochimiques. Nous avons identifié et quantifié de fortes consommations biologiques en nitrates dans les zones de mélange entre la Garonne et la nappe. Cela résulte des effets couplés de l'oxydation de la matière organique, de la respiration aérobie, de la dénitrification et de la réduction des oxydes et hydroxydes de Mn et de Fe. Au contraire, dans les zones de sortie de nappe vers la Garonne, il semblerait qu'il y ait nitrification de l'ammonium probablement originaire des profondeurs de la nappe et/ou des sols.

Les projections concernant les changements climatiques dans les régions arctiques annoncent une augmentation disproportionnée des températures de surface pouvant influencer le cycle hydrologique et la fonte des pergélisols. Les hautes latitudes sont donc perçu comme des environnements potentiellement très sensibles aux modifications du climat. Ces modifications ont la capacité d’impacter les cycles biogéochimiques, en particulier la mobilisation du carbone vers les milieux aquatiques de la zone arctique. Dans les rivières arctiques, la période la plus importante du cycle hydrologique est la crue de printemps qui peut réaliser la majeure partie des transferts annuels de carbone organique vers l’océan dans un lapse de temps très court. L’objectif de cette thèse vise à suivre la dynamique des MOD en termes de quantité et de qualité au cours du cycle hydrologique du fleuve Ienisei, grâce à diverses techniques de caractérisation des MOD permettant de mettre en évidence les variations saisonniéres de leur composition, sources, âge et état de dégradation. La première étape a été d’examiner la large gamme de techniques de caractérisation des MOD dans les rivières du monde afin d’identifier les plus répendues,pértinentes et fiables. Grâce au développement d’une base de données des mesures des qualités des MOD, nous avons pu évaluer la couverture géographique des études de caractérisation des MOD, donner des estimations et gamme de valeurs des principales variables de caractérisation des MOD et observer des tendances générales des qualités des MOD selon un gradient latitudinal. La seconde étape a porté sur l’étude de la dynamique du COD dans le fleuve Ienisei concernant les variations de concentrations et les liens avec la chimie de l’eau et l’hydrologie. Nous avons mené des campagnes d’échantillonnage durant trois années consécutives (2014 à 2016), en couvrant avec une haute fréquence de prélèvement la période de la crue de printemps afin d’en capturer la dynamique rapide. Nous avons observé des concentrations en COD qui suivent l’hydrogramme avec les concentrations maximales mesurées quelques jours avant le pic de crue. Le COD a aussi répondu aux variations de débit (augmentation, probablement liée à des précipitations plus intenses du début d’automne. Nous avons enregistré un flux de COD moyen, durant les trois années de prélèvement, d’environ 4,53 Tg yr-1, ce qui est dans l’ordre de grandeur rapporté dans la littérature. Nous avons également observe ue variabilité interannuelle relativement importante avec les estimations d’exports annuels variant de 5,45 Tg yr-1 en 2014 à 3,57 Tg yr-1 en 2016, certainement influence par l’amplitude de débit. Nous avons confirmé le rôle prédominant de la crue de printemps dans les exports de COD avec en moyenne plus de 65% des exportations ayant lieu Durant cette période (approximatvement mai/juin). Le troisième point a consisté en l’étude de la qualité des MOD présentent dans les eaux du Ienisei et de son évolution durant le cycle hydrologique en combinant différentes outils de caractérisation. Associer les modes de caractérisation aide à renforcer les observations et à valider les interprétations. La plus part des variables mesurées avec les différentes techniques se sont confirmées les unes les autres. L’utilisation des biomarqueurs de la lignine, des propriétés optiques et de la datation 14C ont permis de tracer les sources prédominantes des MOD comme étant principalement dérivées de matières organiques récemment produites lixiviée depuis les litières forestières boréales et des horizons supèrieures pendant la crue de printemps et de matières organiques plus anciennes provenant des horizons plus profonds durant la période des basses eaux. / Arctic regions are expected to be highly sensitive to climate change regarding the prediction of disproportionately large increases in surface temperatures and their related influence over the hydrological cycle and permafrost thaw. These modifications have the potential to impact biogeochemical cycles in these regions and in particular the mobilization of organic carbon into rivers. The most crucial period in arctic rivers hydrological cycle is the spring freshet that can account for most of the annual organic carbon transfers to the ocean in a very short window of time. The focus of this thesis was to monitor the dynamic of DOM in terms of quantity and quality along the hydrological cycle of the Yenisei river, through DOM characterization approaches to reveal seasonal variations in its composition, sources, age and degradation state. The first step was to make a review of the full range of existing DOM characterization approaches in worldwide river systems to identify the most widely used, the most relevant and reliable ones. Through the development of a DOM quality measurements database, we have been able to evaluate the geographical coverage of DOM characterization studies, to give estimates and ranges of values of the main reported DOM characterization variables and to observe global trends of DOM quality across latitudinal gradient. Second stage was to investigate DOC dynamic in the Yenisei river with regard to quantity and links with water chemistry and hydrology. We conducted sampling campaigns during three consecutive years (2014 to 2016), covering with a high sampling frequency the spring flood period to capture its very dynamic evolution. We reported DOC concentrations that followed the hydrograph with highest concentrations observed a few days before peak discharge. DOC concentration also responded to discharge variation (increase, likely due to higher precipitation) in early autumn. We reported average DOC flux over the three sampling years of about 4.53 Tg yr-1 which is within the range of values reported in the literature. We observed interannual variability with annual export estimates ranging from 5.45 Tg yr-1 in 2014 to 3.57 Tg yr-1 in 2016, likely driven by discharge amplitude. We confirmed the important role of spring freshet in DOC export with on average more than 65% occurring during this period (roughly May/June). Third point was to determine DOM quality combining characterization techniques. Combination of approaches helped to strengthen observations and cross validate interpretations. Most of the variables reported from the different characterization techniques confirmed one each other. The use of lignin biomarkers, optical properties and radiocarbon age of DOM allowed us to trace DOM main sources has primarily deriving from recently produced organic matter leached from boreal forest litter and top soil horizon during the spring flood and older organic matter derived from deeper soil horizons during low flow period.

Les proliférations nuisibles de la cyanobactérie filamenteuse benthique Lyngbya wollei qui forme des tapis déposés sur les sédiments ont augmenté en fréquence au cours des 30 dernières années dans les rivières, lacs et sources de l'Amérique du Nord. Lyngbya wollei produit des neurotoxines et des composés organiques volatils (géosmin, 2-méthylisobornéol) qui ont des répercussions sur la santé publique de même que des impacts d'ordre socioéconomiques. Cette cyanobactérie est considérée comme un habitat et une source de nourriture de piètre qualité pour les invertébrés en raison de sa gaine robuste et de sa production de toxines. Les proliférations de L. wollei ont été observées pour la première fois en 2005 dans le fleuve Saint-Laurent (SLR; Québec, Canada). Nous avons jugé important de déterminer sa distribution sur un tronçon de 250 km afin d'élaborer des modèles prédictifs de sa présence et biomasse en se basant sur les caractéristiques chimiques et physiques de l'eau. Lyngbya wollei était généralement observé en aval de la confluence de petits tributaires qui irriguent des terres agricoles. L’écoulement d’eaux enrichies à travers la végétation submergée se traduisait par une diminution de la concentration d’azote inorganique dissous (DIN), alors que les concentrations de carbone organique dissous (DOC) et de phosphore total dissous (TDP) demeuraient élevées, produisant un faible rapport DIN :TDP. Selon nos modèles, DOC (effet positif), TP (effet négatif) et DIN :TDP (effet négatif) sont les variables les plus importantes pour expliquer la répartition de cette cyanobactérie. La probabilité que L. wollei soit présent dans le SLR a été prédite avec exactitude dans 72 % à 92 % des cas pour un ensemble de données indépendantes. Nous avons ensuite examiné si les conditions hydrodynamiques, c'est-à-dire le courant généré par les vagues et l'écoulement du fleuve, contrôlent les variations spatiales et temporelles de biomasse de L. wollei dans un grand système fluvial. Nous avons mesuré la biomasse de L. wollei ainsi que les variables chimiques, physiques et météorologiques durant trois ans à 10 sites le long d'un gradient d'exposition au courant et au vent dans un grand (148 km2) lac fluvial du SLR. L'exposition aux vagues et la vitesse du courant contrôlaient les variations de biomasses spatiales et temporelles. La biomasse augmentait de mai à novembre et persistait durant l'hiver. Les variations interannuelles étaient contrôlées par l'écoulement de la rivière (niveau d'eau) avec la crue printanière qui délogeait les tapis de l'année précédente. Les baisses du niveau d'eau et l'augmentation de l'intensité des tempêtes anticipées par les scénarios de changements climatiques pourraient accroître la superficie colonisée par L. wollei de même que son accumulation sur les berges. Par la suite, nous avons évalué l'importance relative de L. wollei par rapport aux macrophytes et aux épiphytes. Nous avons examiné l'influence structurante de l'échelle spatiale sur les variables environnementales et la biomasse de ces producteurs primaires (PP) benthiques. Nous avons testé si leur biomasse reflétait la nature des agrégats d'habitat basées sur l'écogéomorphologie ou plutôt le continuum fluvial. Pour répondre à ces deux questions, nous avons utilisé un design à 3 échelles spatiales dans le SLR: 1) le long d'un tronçon de 250 km, 2) entre les lacs fluviaux localisés dans ce tronçon, 3) à l'intérieur de chaque lac fluvial. Les facteurs environnementaux (conductivité et TP) et la structure spatiale expliquent 59% de la variation de biomasse des trois PP benthiques. Spécifiquement, les variations de biomasses étaient le mieux expliquées par la conductivité (+) pour les macrophytes, par le ratio DIN:TDP (+) et le coefficient d'extinction lumineuse (+) pour les épiphytes et par le DOC (+) et le NH4+ (-) pour L. wollei. La structure spatiale à l'intérieur des lacs fluviaux était la plus importante composante spatiale pour tous les PP benthiques, suggérant que les effets locaux tels que l'enrichissement par les tributaire plutôt que les gradients amont-aval déterminent la biomasse de PP benthiques. Donc, la dynamique des agrégats d'habitat représente un cadre général adéquat pour expliquer les variations spatiales et la grande variété de conditions environnementales supportant des organismes aquatiques dans les grands fleuves. Enfin, nous avons étudié le rôle écologique des tapis de L. wollei dans les écosystèmes aquatiques, en particulier comme source de nourriture et refuge pour l'amphipode Gammarus fasciatus. Nous avons offert aux amphipodes un choix entre des tapis de L. wollei et soit des chlorophytes filamenteuses ou un tapis artificiel de laine acrylique lors d'expériences en laboratoire. Nous avons aussi reconstitué la diète in situ des amphipodes à l'aide du mixing model (d13C et δ15N). Gammarus fasciatus choisissait le substrat offrant le meilleur refuge face à la lumière (Acrylique>Lyngbya=Rhizoclonium>Spirogyra). La présence de saxitoxines, la composition élémentaire des tissus et l'abondance des épiphytes n'ont eu aucun effet sur le choix de substrat. Lyngbya wollei et ses épiphytes constituaient 36 et 24 % de l'alimentation in situ de G. fasciatus alors que les chlorophytes, les macrophytes et les épiphytes associées représentaient une fraction moins importante de son alimentation. Les tapis de cyanobactéries benthiques devraient être considérés comme un bon refuge et une source de nourriture pour les petits invertébrés omnivores tels que les amphipodes. / Harmful proliferations of the filamentous cyanobacterium L. wollei forming conspicuous benthic mats on the bottom sediment have been reported with increasing frequency in the last 30 years in rivers, lakes, and springs in North America. It is a known producer of neurotoxins and volatile organic compounds (geosmin, 2-methylisoborneol) thus exerting socioeconomic and public health impacts. Lyngbya wollei is also considered a poor nutritional source for invertebrates because of its robust sheath and toxin production. Proliferation of L. wollei in St. Lawrence River (SLR; Quebec, Canada) was first noticed in 2005. We deemed important to determine its distribution over a 250 km stretch of the SLR to elaborate predictive models of its presence and biomass based on chemical and physical characteristics. Lyngbya wollei was generally found downstream of the inflow tributaries draining farmlands. As enriched waters flowed slowly through submerged vegetation, dissolved inorganic nitrogen (DIN) concentration dropped but dissolved organic carbon (DOC) and total dissolved phosphorus (TDP) remained high, leading to a low DIN:TDP ratio. Models identified DOC (positive effect), TP (negative effect), and DIN:TDP (negative effect) as the most important variables explaining L. wollei distribution. The risk of L. wollei occurrence in the SLR was correctly forecasted in 72%-92% of all cases with an independent data set. We then examined if hydrodynamic conditions, namely currents generated by waves and river flow, control spatial and temporal variations of L. wollei biomass in a large river system. We measured L. wollei biomass together with meteorological, physical, and chemical variables over three years at 10 sites along a gradient of exposure to current and wind in a large (148 km2) fluvial lake of SLR. Wave exposure and current velocity controlled spatial and temporal biomass variations. Biomass increased from May to November and persisted during winter. Interannual variations were primarily controlled by river flow (water level) with spring discharge dislodging mats from the previous year. As anticipated under climate change scenarios, drops in water level and rising storm intensity may lead to an increase in the areas colonized by L. wollei, together with more frequent episodes of mat disruption and beach fouling. Additionally, we evaluated the relative importance of L. wollei with respect to macrophytes and epiphytes. We assessed the influence of the spatial scale in structuring environmental variables and biomass of these benthic primary producers (PP). We also test to which extent their biomass reflected the nature of patches based on ecogeomorphology or the river continuum. To address these two questions, we used a nested design at 3 spatial scales within the SLR: 1) along a 250-km-long upstream-downstream river stretch, 2) among three fluvial lakes located within that river stretch and 3) within each fluvial lake. Environmental factors (conductivity and TP) and spatial structure together explained 59% of the variability in biomass of all three benthic PP. Spatial variability of biomass was best explained by conductivity (+) for macrophytes, DIN:TDP ratio (+) and water extinction coefficient (+) for epiphytes and DOC (+) and NH4+ (-) for L. wollei mats. Within-lake structure was the most important spatial component for all benthic PP, suggesting that local effects, such as enrichment by the inflow of tributaries, rather than upstream-downstream gradients, determined the biomass and composition of benthic PP. Therefore patch dynamics represents a general framework which adequately covers the spatial variability and wide variety of environmental conditions experienced by aquatic organisms found in large rivers. Finally, we investigated the ecological role of L. wollei mats in aquatic ecosystems, especially as a food source and shelter for the amphipod Gammarus fasciatus. We offered amphipods a choice between mats of L. wollei and either chlorophytes or an artificial mat made of acrylic wool in laboratory experiment. Moreover, we reconstructed in situ amphipod diet using mixing model (δ13C and δ15N). Gammarus fasciatus selected the substratum offering the best light refuge (Acrylic > Lyngbya = Rhizoclonium > Spirogyra). Presence of saxitoxins, tissue elemental composition and epiphyte abundance had no significant effect on substratum choice. Lyngbya wollei and its epiphytes constituted 36 and 24% of the in situ diet of G. fasciatus whereas chlorophytes, macrophytes and associated epiphytes represented a less important fraction of its diet. Benthic cyanobacterial mats should be considered a good shelter and food source for small omnivorous invertebrates such as amphipods.