Une portion importante du cycle du carbone se situe au niveau des échanges gazeux entre l'eau et l'atmosphère. L'importance de ces flux est accentuée par l'enjeu des changements climatiques et de la gestion des gaz à effet de serre. Il reste cependant plusieurs aspects de ce processus qui sont mal compris et plusieurs biais persistent dans la méthodologie. Dans le but d'améliorer les techniques d'échantillonnage, la possibilité d'utiliser la turbulence pour prédire la vitesse d'échange gazeux (k) a été explorée et l'hypothèse que la chambre flottante engendre de la turbulence artificielle a aussi été testée. De plus, dans le but d'unifier les diverses relations entre le vent et k, plusieurs variables facilement mesurables combinées à la vitesse du vent ont été testés. Les données de cette étude ont été échantillonnées d'une part dans le réservoir hydroélectrique d'Eastmain-1 et d'autres parts dans 11 lacs en Estrie, Québec. La vitesse d'échange gazeux à été mesuré in situ à l'aide d'une chambre flottante. Plusieurs variables météorologiques dont la turbulence de l'eau ainsi que quelques variables limnologiques ont aussi été mesurés. Un modèle robuste a été élaboré en utilisant la turbulence de l'eau à l'intérieur de la surface d'échantillonnage de la chambre pour expliquer k. Il a aussi été démontré la chambre flottante surestime k et cela est due à la turbulence à l'intérieur de la surface d'échantillonnage créée par celle-ci. Le rapport de surestimation peut atteinte dix fois la valeur réelle et ensuite diminue plus la turbulence naturelle du système augmente. Finalement, il a été montré que l'ajout de l'aire du système aux vitesses de vents dans une régression multiple améliore grandement la prédiction de k dans une variété de systèmes aquatiques différents. En apportant de meilleurs outils de mesure et d'estimation des vitesses d'échanges gazeux, cette étude permettra d'améliorer la précision des estimations des émissions de gaz à effet de serre provenant des milieux aquatiques terrestres. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : échanges gazeux, dioxyde de carbone, interface air-eau, turbulence, chambre flottante

De nombreux lacs boréaux et tempérés sont maintenant reconnus comme d'importants sites de stockage et d'émissions de carbone, d'où l'intérêt grandissant de déterminer leur rôle à plus grande échelle et d'inclure leur contribution dans les bilans de carbone régionaux. Les lacs tempérés et boréaux de l'hémisphère nord ont souvent deux composantes saisonnières distinctes, soit la période du couvert de glace et la stratification thermique estivale. Dans la littérature, les mesures de CO2 sont traditionnellement effectuées à la surface des lacs pendant la période libre de glace. Pourtant certaines études suggèrent qu'une quantité importante de CO2 s'accumule sous la glace et dans l'hypolimnion, c'est-à-dire dans la couche inférieure de la colonne d'eau lors de la période de stratification estivale. Dans la présente étude, nous avons quantifié l'accumulation de CO2 pendant la période du couvert de glace et dans 1'hypolimnion estival de 13 lacs boréaux et de 4 lacs tempérés du Québec et nous avons exploré comment ces accumulations varient dans un gradient de morphométries, de statuts trophiques et de caractéristiques régionales. En deuxième lieu, nous avons étudié la dynamique des processus sous-jacents à l'accumulation de CO2 pendant la période du couvert de glace et dans l'hypolimnion estival, plus spécifiquement l'importance des processus biotiques, la partition entre la respiration pélagique et benthique, les différentes sources de matière organique supportant la respiration et les coefficients respiratoires à l'échelle de l'écosystème. Nos résultats démontrent que les lacs couverts de glace et l'hypolimnion estival sont des lieus d'accumulation significative de CO2 puisque considérées ensemble, ces périodes contribuent en moyenne à 33% des émissions annuelles nettes de CO2 et cette proportion varie selon le statut trophique du lac et la morphométrie. Plusieurs indices recueillis suggèrent que la respiration est la source principale de CO2 pendant ces deux périodes et que la respiration benthique contribue de façon considérable à la production de CO2, particulièrement pendant la période du couvert de glace où la respiration benthique est responsable de plus de 50% de l'accumulation totale de CO2. L'importance relative des sources de matière organique qui alimentent la respiration changent saisonnièrement. Les analyses isotopiques en δ13C (méthode de Keeling) ont révélées l'importance du carbone organique d'origine planctonique pour alimenter la respiration dans l'hypolimnion alors que les signatures en δ13C pendant la période du couvert de glace suggèrent une augmentation de l'importance relative de sources terrestres et benthiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cycle du carbone, émissions de CO2, métabolisme du lac, couvert de glace, hypolimnion, respiration pélagique, respiration benthique, sources de matière organique respirée, coefficient respiratoire.

L'aménagement de bandes de protection riveraines par le biais de la revégétalisation est considéré comme un des moyens les plus efficaces pour la réduction de la pollution agricole diffuse. Par ailleurs, la restauration de la zone riveraine en milieu agricole a une importance particulière pour la biodiversité, car les habitats riverains abritent des espèces que l'on ne retrouve nulle part ailleurs dans les agroécosystèmes. Pour contrebalancer les coûts liés à l'implantation et à l'entretien de la bande riveraine, il est possible d'utiliser des végétaux qui créeront des biens alternatifs sur la ferme. La récolte des végétaux permet également de maintenir le potentiel d'accumulation des nutriments dans la végétation riveraine. Parmi les essences utilisées en restauration riveraine, le peuplier hybride (Populus spp.) est particulièrement intéressant en raison de sa forte productivité et de sa tolérance à l'inondation. Il permet donc de restaurer rapidement plusieurs attributs fonctionnels et structuraux dans l'agroécosystème (accumulation de nutriments, stabilisation du sol et des berges, couvert forestier, microclimat, etc.) tout en permettant la production de biomasse et de bois. Cette thèse a pour objet l'étude de bandes riveraines de peuplier hybride (4,5 m de largeur et 2222 tiges ha-1) âgées de six ans, comprenant cinq clones non apparentés de peuplier hybride, qui ont été plantées simultanément sur quatre sites agricole de l'Estrie (sud du Québec). Ces bandes riveraines sont toutes situées sur des petits cours d'eau de tête de faible largeur (1 à 2 m). Le premier chapitre a pour objectif d'évaluer la production de bois et de biomasse dans de tels systèmes riverains (4 sites et 5 clones). Cet aspect est un des éléments importants pour évaluer la faisabilité économique des projets de restauration riveraine. Il est donc nécessaire d'identifier les facteurs édaphiques qui influencent la productivité de ces systèmes. Le second chapitre aborde la séquestration du carbone et l'accumulation des nutriments dans la biomasse épigée des peupliers hybrides (4 sites et 5 clones). L'objectif est d'évaluer à quel point les peupliers hybrides sont des puits de carbone, d'azote et de phosphore efficaces dans la zone riveraine agricole et quels sont les facteurs (choix du site, choix des clones) qui influencent cette efficacité. Dans ce chapitre, une comparaison est également réalisée avec des bandes herbacées adjacentes aux plantations. Le troisième chapitre vise à évaluer l'effet des bandes riveraines de peuplier hybride et des différents clones sur la biomasse et la diversité végétale en sous-couvert (3 sites et 2 clones). L'objectif est d'évaluer dans quelle mesure les conditions lumineuses en sous-couvert dans les bandes ont un effet sur la biomasse végétale et sur la richesse et le recouvrement de différents groupes d'espèces. Une comparaison avec des bandes herbacées naturelles adjacentes est également réalisée. Le quatrième chapitre aborde les différences clonales qui peuvent exister au chapitre de l'assimilation de l'azote, un aspect fondamental pour l'adaptabilité des clones de peupliers hybrides à différents milieux de croissance (sol riche vs sol pauvre). Les résultats montrent le fort potentiel des bandes riveraines de peuplier hybride pour produire du bois et de la biomasse et pour séquestrer du carbone et des nutriments (N et P) dans les parties épigées (tronc, branches et feuilles). Ce potentiel est très variable d'un site à l'autre puisque des écarts de croissance d'environ un ordre de grandeur ont été observés entre les sites, essentiellement en raison de la fertilité du sol. Un rendement en volume de 40 m3 ha-1 an-1 a été atteint au site fertile de Bromptonville, un rendement qui n'avait jamais été obtenu auparavant au Québec. Sur ce site la séquestration du carbone, l'accumulation de l'azote et du phosphore s'élevait après 6 ans à 52 t ha-1 de C, 770 kg ha-1 de N et 82 kg ha-1 de P. Au site pauvre de Magog, le rendement en volume était aussi faible que 4 m3 ha-1 an-l, alors que la séquestration du carbone et l'accumulation de l'azote et du phosphore n'était que de 6,4 t ha-1I de C, 90 kg ha-1 de N et 10 kg ha-1 de P. Le principal facteur qui a influencé la croissance des peupliers et, par conséquent, leur capacité à séquestrer du carbone et des nutriments a été la disponibilité en nitrates (NO3) dans le sol riverain. Des relations hautement significatives (p<0,001) ont été obtenues entre la disponibilité du nitrate dans le sol et le volume moyen par arbre (R2=0,58), la biomasse moyenne (tronc + branches + feuilles) par arbre (R2=0,54), la séquestration moyenne du carbone par arbre (R2=0,54), l'accumulation moyenne de l'azote par arbre (R2=0,59) et l'accumulation moyenne du phosphore par arbre (R2=0,56). La forte disponibilité en nitrates a été observée sur les sites (Bromptonville et St-Isidore-de-Clifton) où l'on pratique un élevage plus intensif du bétail (fertilisation annuelle du pâturage, densité élevée d'animaux). Ainsi, le peuplier hybride semble être un arbre idéal pour intercepter la pollution azotée qui provient de la fertilisation agricole. Non seulement le peuplier hybride croît plus vite lorsque l'azote est plus abondant dans le sol, mais on retrouve également l'azote en plus forte concentration dans ses tissus, ce qui produit un effet synergétique sur l'accumulation totale de l'azote dans l'arbre. Cette synergie positive a également été observée pour l'accumulation du phosphore. D'ailleurs, des relations hautement significatives (p<0,001) ont été observées entre la disponibilité du nitrate dans le sol et la concentration d'azote dans les feuilles de peuplier (R2=0,47), de même qu'entre la disponibilité du phosphore et sa concentration foliaire (R2=0,22). Au site de Magog, la forte teneure en magnésium dans le sol, la plus faible survie, la fertilité moindre et le drainage imparfait sont tous des facteurs pouvant expliquer les faibles valeurs obtenues en termes de production de bois, de séquestration du carbone et des nutriments. Les concentrations de Mg dans les feuilles, les branches et le tronc étaient d'ailleurs environ deux fois supérieures à Magog comparativement aux autres sites. Au sujet des clones, le clone 3729 (P. nigra x P. maximowiczii) et le clone 9153ll (P. maximowiczii x P. balsamifera) se sont particulièrement démarqués avec une forte croissance en biomasse et en volume, de même que pour leur aptitude à séquestrer du carbone et à accumuler de l'azote et du phosphore. D'importantes différences clonales ont aussi été observées en ce qui concerne la répartition de la biomasse dans les parties épigées. Par ailleurs, lorsque l'on compare les bandes riveraines de peuplier hybrides avec des bandes herbacées qui se développent naturellement, on constate que les bénéfices des bandes riveraines de peuplier hybride en terme de séquestration de carbone et de nutriments (N et P) augmentent davantage en fonction de la fertilité du site que dans le cas des bandes herbacées. Les bandes riveraines de peuplier hybride créent, à mesure qu'elles croissent, une ambiance forestière en termes de conditions lumineuses. Ce phénomène ne semble pas affecter négativement l'abondance et la richesse des espèces végétales indigènes et de milieux humides en sous-couvert. D'ailleurs aucune relation significative n'a été observée entre l'ouverture de la canopée et la richesse et le recouvrement de ces deux groupes d'espèces. De plus, aucun effet Site n'a été observé pour la richesse moyenne en espèces indigènes et de milieux humides. Toutefois, à mesure que la canopée se referme, on observe une exclusion des espèces végétales introduites et de milieux mésiques. Ainsi, des relations hautement significatives (p<0,001) et positives ont été observées entre l'ouverture de la canopée et le nombre d'espèce introduites (R2=0,46) et de milieux mésiques (R2=0,43), de même qu'entre l'ouverture de la canopée et le recouvrement des espèces introduites (R2=0,51) et de milieux mésiques (R2=0,65). Parallèlement, un effet Site significatif a été observé pour la richesse totale moyenne, la richesse moyenne en espèces introduites et en espèces de milieux mésiques. Ces richesses en espèces étaient plus élevées à Magog où l'ouverture de la canopée est plus importante. À l'échelle de chaque site, la fermeture de la canopée est également significativement (p<0,00l) et fortement reliée à une diminution de la biomasse végétale en sous-couvert (Bromptonville, R2=0,81; St-Isidore-de-Clifton, R2=0,64; Magog, R2=0,51). Un important effet Clone a également été observé en matière d'ouverture de la canopée et de biomasse végétale en sous-couvert, avec le clone 915311 qui présentait les valeurs les plus faibles comparativement au clone 3570 (P. deltoides x P. nigra). Sur la plupart des sites, le clone 915311 a réduit également le recouvrement de tous des groupes d'espèces par rapport au clone 3570. Par ailleurs, d'importantes différences en termes de biomasse végétale en sous-couvert sont observées entre les bandes riveraines de peuplier hybride et les bandes herbacées. Ces dernières ont davantage de biomasse végétale au sol, principalement en raison de leur fort ensoleillement. La richesse moyenne totale en espèces n'était toutefois pas différente entre les deux types de bandes riveraines. Il existe enfin d'importantes différences d'activité de la nitrate réductase dans les feuilles des cinq clones de peuplier hybrides non apparentés. Le clone 3570, dont les deux espèces parentales appartiennent à la section des Aigeiros, se démarque des autres clones, car son activité nitrate réductase était beaucoup plus élevée sur le site riche en nitrate (Bromptonville) que sur le site pauvre en nitrate (Magog). Peu de différences d'activité de la nitrate réductase ont été observées d'un site à l'autre pour les autres clones, tous apparentés à la section Tacamahaca. Ces différences sont probablement liées à l'assemblage génétique des différents clones et suggèrent que les clones ont probablement des préférences différentes pour les formes d'azote dans le sol. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : bandes riveraines, peuplier hybride, séquestration du carbone, accumulation de phosphore et d'azote, biomasse, diversité végétale

La fixation d'un nanotube de carbone à l'extrémité d'une pointe AFM constitue une des approches privilégiées pour améliorer l'exploitation des sondes locales de force. Nous présentons ici une étude comparative de nanotubes de carbone obtenus par dépôt chimique de vapeur soit en simple ou double feuillets (diamètre typique de l'ordre de 2 à 4 nm) soit en multiples feuillets (diamètre de l'ordre de 70 nm) ancrés sur la pointe. L'étude en mode dynamique de modulation de fréquence des propriétés mécaniques des nanotubes permet de mettre en évidence la compétition entre l'adhésion du nanotube sur la surface et l'énergie élastique stockée au cours de sa déformation. En tant que nanosonde, le nanotube de carbone présente plusieurs avantages et, par le biais d'une fonctionnalisation spécifique, peut même devenir une sonde bien adaptée pour l'étude des systèmes biologiques. Nous proposons ici une méthode de mesure de la reconnaissance spécifique entre un peptide et un matériau non biologique afin d'envisager par la suite la fonctionnalisation des pointes AFM. Cette méthode exploite des nanoparticules fonctionnalisées avec des séquences d'acides aminés, synthétisées à partir de résultats d'approche de biologie moléculaire. Ces séquences peptidiques seront ensuite fixées sur une pointe AFM sur laquelle est ancré un nanotube de carbone ou sur une pointe usinée avec un faisceau d'ions focalisés. La fonctionnalisation se réalise ensuite par trempage, à l'aide d'un AFM dynamique, de la pointe oscillante dans une solution diluée de nanoparticules. Les mesures des déplacements de fréquence et de la dissipation peuvent nous indiquer comment les nanoparticules interagissent avec la pointe.

Thèse de doctorat : Chimie organique et macromoléculaire : Lille 1 : 2001. / Bibliogr. p. 195-205.

Reproduction de : Thèse doctorat : Optique et milieux dilués : Reims : 2006. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. f.

Thèse de doctorat : sciences. Matériaux : Ecully, Ecole centrale de Lyon : 2003. / 83 réf.

Thèse de doctorat : sciences. Matériaux : Ecully, Ecole centrale de Lyon : 2003. / Titre provenant de l'écran-titre. 83 réf.

Thèse de doctorat : Génie des Procédés et des Produits : INPL : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Fonctionnement des écosystèmes et agrosystèmes : Toulouse, INPT : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 201 réf.