Thèses (M.Env.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1997. / Titre de l'écran-titre (visionné le 25 août 2006). Publié aussi en version papier.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 15 décembre 2005). Bibliogr.

Th.--Sci. phys.--Toulouse--I.N.P., 1981. N°: 53.

Le contexte scientifique de cette thèse s'inscrit dans le domaine de la bioélectronique et l'objectif vise la mise au point de dispositifs diamant pour des applications en chimie analytique, diagnostic clinique ou encore dans le domaine médical. Un des axes de travail est basé sur la mise au point d'une nouvelle technique de fonctionnalisation du diamant hydrogéné. Cette méthode est rapide, simple, mono-étape et ne nécessite pas d'apport extérieur d'énergie. La caractérisation du greffage par FTIR a permis de proposer un mécanisme réactionnel qui a été corroboré par l'étude de la cinétique réactionnelle. Nous avons mis en évidence que ce procédé permet l'obtention d'une liaison covalente stable carbone-carbone. Elle se révèle particulièrement adaptée à l'immobilisation directe d'espèces biologiques. En utilisant cette technique de greffage, il a été possible de concevoir des biopuces à ADN et protéines, ainsi qu'un biocapteur au peroxyde d'hydrogène de troisième génération. Enfin, le procédé étant basé sur la simple mise en contact de la solution de greffage avec le substrat, il est possible de structurer les dépôts à l'échelle nanométrique en faisant appel au Dip-Pen Nanolithography. En parallèle, un nouveau matériau composite diamant/nanotubes de carbone a été mis au point pour augmenter la surface développée des électrodes de diamant dopé au bore et en accroitre ainsi les performances. Dans ce cadre, une technique de gravure catalytique assistée par filament chaud a été utilisée pour enterrer des nanoparticules dans la couche diamant. Ces dernières assurent par la suite la croissance des nanotubes de carbone par dépôt chimique en phase vapeur. Cette méthodologie assure ainsi une meilleure adhérence des nanotubes sur leur substrat et permet de pallier aux problèmes de toxicité des nanotubes vis-à-vis des milieux biologiques. / The scientific context of this thesis is related to the field of bioelectronics. The objective is the development of diamond devices for applications in analytical chemistry, clinical diagnostic or medical devices. One of the axes deals with a new technique of functionalization of hydrogenated diamond surface. This method is fast, simple, one step and does not require contribution of exogenous energy. The characterization of the grafting by FTIR allowed us to suggest a mechanism which was confirmed by the study of the reaction kinetic. We brought to light that this process ensures the achievement of a stable covalent carbon-carbon bond. This methodology is particularly well adapted to the direct immobilization of biological species. By using this grafting technic, it was possible to design DNA and proteins biochips, as well as a hydrogen peroxide third generation biosensor. Finally, the process being based on the simple stake in contact of the grafting solution with the substrate, it is possible to structure functionalized areas at the nanometric scale using Dip-Pen Nanolithography. In parallel, a new composite diamond /carbon nanotubes material was developed to increase the specific surface of the boron doped diamond electrodes and so to increase its efficiency. In this frame, a new technic of catalytic etching assisted by hot filament was used to embed nanoparticles in the diamond layer. This process allowed afterward the growth of the carbon nanotubes by chemical vapor deposition. This methodology ensures markedly enhanced adhesion of the nanotubes on their substrate and obviates the problems of nanotubes toxicity towards their biological environment.

Les matériaux composites à base de fibres de carbone (CF) sont actuellement très utilises dans le domaine de l’aérospatiale, de la construction et du sport grâce à leurs excellentes propriétés mécaniques, une faible densité et une haute stabilité thermique. Les propriétés des composites dépendent fortement de la nature et de la qualité de l’interface fibre/matrice. Une bonne adhérence interfaciale permet un meilleur transfert de charge entre la matrice et les fibres. Les CFs sans traitement sont chimiquement inertes et présentent donc une faible adhérence vis-à-vis de la résine époxyde. Par ailleurs, les faibles propriétés transversales et interlaminaires limitent sensiblement la performance et la durée de vie des composites. Par conséquent, un type de renfort à base de fibres traitées est fortement souhaité pour améliorer les propriétés globales des composites, en particulier l'adhésion interfaciale entre les fibres et la matrice. Dans cette thèse, trois types de traitement de surface, l’ensimage, le traitement thermique et la croissance de nanotubes (CNTs), ont été appliqués aux CFs. En particulier, les CFs greffées de CNTs, se combinant avec les deux autres traitements, montrent la meilleure adhérence interfaciale avec la matrice époxyde. L’ensimage proposé peut améliorer la performance du CNT-CF hybride et minimiser les dommages aux fibres lors de la manipulation ultérieure tels que le transport et la préparation de composites. Tout d’abord, l’ensimage a été réalisé sur la surface des fibres par dépôt de résine époxyde en solution. L’ensimage permet de protéger les filaments au cours de la mise en oeuvre et favorise également la liaison fibre/matrice. Différentes formulations d’ensimage selon les proportions époxy/durcisseur ont été utilisées. La quantité d'ensimage déposée sur les fibres de carbone a été contrôlée en faisant varier la concentration de la solution d’ensimage. Ensuite, un traitement thermique, effectué sous un mélange de gaz à 600-750 oC, a permis de modifier la surface des CFs. L'influence de la composition du gaz, du temps de traitement et de la température sur les propriétés interfaciales des composites CFs/époxy a été systématiquement quantifiée. Enfin, des CNTs ont été greffés sur les CFs par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur en continu afin d’obtenir un nouveau type de renfort hybride multi-échelle. Les CNTs greffés permettent d’augmenter la surface de contact et d’améliorer l’accrochage mécanique de la fibre avec la résine. De plus, ils pourraient améliorer la résistance au délaminage, les propriétés électriques et thermiques des composites. Les CFs greffées de CNTs de différentes morphologies et densités ont été produites en faisant varier les conditions de croissance. Après le traitement de surface, les essais de fragmentation ont été menés afin d’évaluer la résistance au cisaillement interfacial (IFSS) des composites CFs/époxy. Par rapport aux fibres vierges, l’ensimage et le traitement thermique ont contribué à une augmentation de l'IFSS de 35% et de 75%, respectivement. L'adhésion interfaciale entre la matrice époxyde et les fibres greffées avec CNTs pourrait être adaptée en faisant varier la morphologie, la densité de nombre et la longueur de CNT. Les CFs greffées avec 2% en masse de CNTs (10nm de diamètre) ont entraîné une amélioration de l'IFSS de 60%. Un traitement thermique et un ensimage pourraient contribuer à une augmentation supplémentaire de 108%. Il convient de mentionner que la dégradation des fibres n’a pas été observée après les divers traitements précédemment évoqués. Les résultats de ces travaux pourraient mener au développement de ces techniques à plus grande échelle pour la conception de structures à base de composites CFs/époxy. / Carbon fiber (CF)-reinforced polymer composites are widely used in aerospace, construction and sporting goods due to their outstanding mechanical properties, light weight and high thermal stabilities. Their overall performance significantly depends on the quality of the fiber-matrix interface. A good interfacial adhesion provides efficient load transfer between matrix and fiber. Unfortunately, untreated CFs normally are extremely inert and have poor adhesion to resin matrices. Meanwhile, poor transverse and interlaminar properties greatly limit the composite performance and service life. Therefore, a new kind of fiber-based reinforcement is highly desired to improve the overall composite properties, especially the interfacial adhesion between fiber and matrix. In this thesis, three kinds of surface treatment, including sizing, heat treatment and carbon nanotube (CNT) growth, were applied to CFs. In particular, CFs grafted with CNTs, combining with the other two treatments demonstrate superior interfacial adhesion to the tested epoxy matrix. The proposed epoxy sizing can improve the CNT-CF hybrid performance and prevent fiber damage during the subsequent handling such as transport and composite preparation. Firstly, epoxy-based sizing was applied onto the CF surface by the deposition from polymer solutions. Sizing could not only protect the carbon fiber surface from damage during processing but also improve their wettability to polymer matrix. A detailed study was conducted on the influence of the ratio of epoxy and amine curing agent in the sizing formulation. The sizing level on the fiber surface was controlled by varying the concentration of polymer solutions. Secondly, heat treatment in a gas mixture at 600-750 oC was used to modify the carbon fiber surface. The effect of gas mixture composition, treatment time and temperature on the interface was evaluated systematically. Thirdly, CNTs were in-situ grafted on the carbon fiber surface by a continuous chemical vapour deposition (CVD) process to obtain hierarchical reinforcement structures. These hybrid structures have the potential to improve the interfacial strength of fiber/epoxy composites due to the increased lateral support of the load-bearing fibers. Meanwhile, the CNT reinforcement could improve the composite delamination resistance, electrical and thermal properties. The CF grown with CNTs of different morphologies and densities were produced by varying CVD conditions. After the surface treatment, single fiber fragmentation test was used to assess the interfacial shear strength (IFSS) of carbon fiber/epoxy composites. Compared with the as-received CFs, the epoxy sizing and the heat treatment contributed to an improvement in IFSS of up to 35% and 75%, respectively. The interfacial adhesion between epoxy matrix and CNT-grafted fibers could be tailored by varying the CNT morphology, number density and length. The CFs grafted with 2 wt% CNTs of 10 nm in diameter resulted in an improvement in IFSS of around 60%. A further heat treatment and epoxy sizing could contribute to an additional increase of 108%. It’s worth to mention that no significant strength degradation of the fibers was observed after the surface treatments. This work could support the development of large-scale approach to CF surface treatment, and throw light on the design of structurally efficient CF/epoxy composites.

Du fait de leurs propriétés intrinsèques exceptionnelles, les nanotubes de carbone (CNTs) sont des matériaux bien adaptés pour renforcer les polymères thermodurcissables. Le nanocomposite multifonctionnel ainsi obtenu possède des propriétés électriques, thermiques et mécaniques sensiblement meilleures que le polymère seul, ce qui lui procure de nombreuses applications potentielles, et tout particulièrement dans le domaine de l’électronique ou de l’aéronautique. Le but de cette thèse de doctorat est orienté suivant deux axes. Il s’agit dans un premier temps de mettre au point un matériau nanocomposite avec des propriétés multifonctionnelles à partir de techniques d’élaborations efficaces. Puis dans un second temps, l’objectif consiste à proposer des alternatives permettant d’améliorer ces propriétés. Le premier chapitre de cette thèse établit une revue de l’état de l’art au sujet des matériaux qui ont été étudiés au cours de ce travail de recherche. Parmi ces matériaux, nous pouvons citer tout particulièrement les CNTs, les renforts hybrides nano/micrométriques constitués de CNTs et d’alumine, les polymères conducteurs électroniques et les polymères thermodurcissables. Il s’agit plus précisément de présenter pour chaque matériau les techniques d’élaboration, leurs structures et finalement leurs propriétés. Dans la seconde partie du manuscrit, nous décrivons en premier lieu les procédés d’élaboration permettant d’obtenir des nanocomposites conformes aux normes internationales. Ensuite, nous présentons les différentes techniques de caractérisation de ces nanomatériaux. Il s’agit notamment de déterminer les phénomènes de transports électriques et thermiques. Des techniques d’analyses supplémentaires permettent de mieux comprendre la structure des matériaux obtenus dans une gamme d’échelle allant de l’état macroscopique à l’atomique. Ainsi, nous avons eu recours à l’utilisation de la microscopie électronique à balayage et en transmission, et aussi la microscopie à force atomique (AFM). Différentes études spectroscopiques de types : Raman, perte d’énergie des électrons (EELS), photoélectrons X (XPS) fournissent des informations additionnelles sur ces matériaux. Les résultats obtenus sur ces nanocomposites en matière de transports électronique et thermique montrent que certaines améliorations sont nécessaires pour optimiser les propriétés multifonctionnelles de ces nanomatériaux. Nous avons concentré nos efforts sur les phénomènes physicochimiques à l’interface matrice/renfort. Par conséquent, nous avons décidé de modifier la surface des CNTs afin de favoriser la cohésion matrice/renfort, mais aussi et surtout, pour diminuer les résistances de contacts entre les CNTs lorsqu’ils sont distribués aléatoirement dans une matrice polymère. Le dernier chapitre de la thèse s’articule autour de la fonctionnalisation des CNTs par un polymère conducteur électronique (ECP). Dans un premier temps, nous avons mis au point des techniques électrochimiques permettant de déposer une couche homogène d’épaisseur nanométrique d’ECP à la surface des CNTs. Ce polymère conducteur et en même temps biocompatible est le polypyrrole (Ppy). La précision et l’efficacité de notre démarche sont démontrées par les différents outils de caractérisation, et tout particulièrement grâce à la microscopie électronique en transmission à haute résolution. Des études supplémentaires par AFM couplé à un résiscope ont montré l’évolution de la résistance électrique d’hybrides CNT-Ppy plus ou moins isolés. Dans une seconde partie, nous avons mis au point une méthode permettant de contrôler finement l’épaisseur de Ppy déposé à la surface des CNTs. / Carbon nanotubes (CNTs) are ideal candidates to reinforce thermoset polymers due to their exceptional intrinsic properties. The resulting multifunctional nanocomposite has electrical, thermal and mechanical properties sensitively higher than pristine polymer. Therefore, this new material possesses various potential applications, and particularly in the domain of electronics and aerospace. The aim of this PhD thesis is oriented towards two directions. In the first one, we establish efficient techniques to produce composite materials with multifunctional properties. Then, the objective consists in the enhancement of these properties by proposing valuable alternatives to previous results cited in the litterature. In the first chapter, we present the state of the art research concerning the materials studied during this work. Among these, there are in particular: CNTs, hybrids constituted of CNTs and alumina microparticles, electronically conducting and thermoset polymers. Moreover, this chapter deals with the characteristics of each material, i.e. elaboration techniques, structures and properties. The second chapter of the manuscript contains first, the elaboration techniques allowing the synthesis of high quality nanocomposites according to international standards. Then, we analyze the properties of these nanomaterials, and particularly in terms of electrical and thermal transports. Further characterization procedures allow better understanding of the obtained structures in a domain ranging from macroscopic to atomic scales. This is realized using scanning/transmission electron microscopy, Raman spectroscopy, EELS, XPS, and AFM. Electrical and thermal conductivity measurements obtained on these new materials give prominence to the necessity of some improvements. Thereby, we have focused our research on the physico-chemical phenomena at the matrix/filler interface. We have proposed to modify the surface of CNTs, in order to favour the matrix/filler cohesion, but also and mainly to decrease contact resistances between the randomly distributed CNTs within the polymer matrix. Finally, the last chapter deals with the surface functionalization of CNTs using electrochemistry. First, we have implemented an accurate technique to deposit a nanometric layer of electronically conducting polymer on the surface of CNTs. This conducting polymer, namely polypyrrole (Ppy) is in the meantime biocompatible. The accuracy and efficiency of our approach are demonstrated through various characterization techniques, and particularly using transmission electron microscopy. Further studies using AFM coupled with a resiscope indicate the electrical resistance distribution performed on CNT-Ppy hybrids. In the second part of this chapter, we present our method to control precisely the thickness of the Ppy layer around the CNTs.

L’augmentation des concentrations atmosphériques en CO2, et le forçage radiatif induit, mobilise la communauté scientifique à étudier les potentialités des écosystèmes à fixer puis stocker le carbone. Les mangroves représentent un des écosystèmes les plus productifs au monde. Cependant, 50% de sa productivité primaire nette n’est pas identifiée dans le devenir du carbone organique produit. Ainsi les flux de CO2, proxy de la minéralisation de la matière organique, issus des sols de mangrove ainsi que de leurs chenaux, sont considérée comme sous-estimés. Cette thèse a eu pour objectifs de comprendre la variabilité spatio-temporelle des flux de CO2 issus de ces deux compartiments. Une mangrove de la côte ouest de la Nouvelle Calédonie, présentant une zonation de type tanne nu, Avicennia sp. et Rhizophora spp., a été étudiée. La position dans la zone intertidale semble être un paramètre déterminant dans la variabilité des flux. D’une part, elle détermine des paramètres abiotiques susceptibles d’affecter la dégradation de la matière organique, et d’autre part, définit partiellement la végétation colonisant le milieu, qui en retour pourra affecter les flux. La variabilité saisonnière est, quant à elle, fortement liée à l’évolution de la température et de l’humidité du sol. Les chenaux de mangrove sont riches en éléments organiques et inorganique dissous, vraisemblablement du fait d’apports advectifs des eaux interstitielles, et présentent une sursaturation marquée en CO2. Les chenaux ainsi que la rivière traversant la mangrove fonctionnent, comme sont une source nette de CO2 pour l’atmosphère. Cependant, les apports de carbone de la mangrove vers l’estuaire semblent être rapidement dilués par les masses d’eau lagonnaires. Finalement, la variabilité saisonnière des flux de CO2 issus de la colonne d’eau semble être liée principalement à l’évolution des apports de carbone organique provenant des bassins versants notamment lors de dépressions tropicales, et donc le rôle de la mangrove dans la productivité du lagon reste flou, et devra être démontré à l’aide d’outils moléculaires. / The increase of atmospheric CO2 concentrations, and its radiative effect, mobilizes the scientific community to explore the potential of ecosystems to fix and store carbon. Mangroves are one of the most productive ecosystems in the world. However, 50% of its net primary productivity is not identified in the fate of the organic carbon produced. CO2 fluxes, which are a proxy of organic matter mineralization, from mangrove soils and their channels are considered underestimated. The purpose of this thesis was to understand the spatio-temporal variability of CO2 fluxes from these two compartments. A mangrove forest on the west coast of New Caledonia, composed of a saltflat, Avicennia sp. and Rhizophora spp. was studied. Elevation in the intertidal zone seems to be a determining factor in fluxes variability. On the one hand, it determines the abiotic parameters that affect the degradation of organic matter, and on the other hand, elevation partially defines the vegetation colonizing the environment, which in turn may affect the fluxes. Fluxes seasonal variability is closely linked to the evolution of temperature and soil moisture. Mangrove creeks are rich in dissolved organic and inorganic compounds, presumably due to the advection of porewaters, and are thus characterized by CO2 oversaturation. Creeks and the river crossing the mangrove are a net source of CO2 to the atmosphere. However, the contribution of mangrove-derived carbon to the estuary seems to be rapidly diluted by lagoon waters. Finally, the seasonal variability of CO2 fluxes from the water column appears to be related primarily to the evolution of organic carbon inputs from watersheds notably during tropical depressions, and thus the role of mangroves in the lagoon productivity remains unclear, and should be studied using molecular tools.

Le changement climatique appartient à une nouvelle classe de problèmes environnementaux, pour laquelle nous ne savons pas concevoir de solutions. En effet, dans le cas de pollutions dites classiques, c'est-à-dire des pollutions ciblées et localisées, des solutions techniques sont supposées atteignables à un effort de recherche près. A l'inverse, lutter contre le changement climatique nécessite de repenser en profondeur l'organisation de nos sociétés modernes. Le pilotage de cette transition sociétale dite bas carbone nécessite de concevoir de nouveaux dispositifs institutionnels. Traditionnellement, les théories néo-institutionnelles, qui se sont penchées sur la question de l'innovation institutionnelle, se sont centrées sur la question de la diffusion de l'innovation et ne nous proposent pas d'outils satisfaisants pour instruire la conception de dispositifs institutionnels. Face aux limites de nos modèles de développement dont le changement climatique n'est qu'un des nombreux symptômes (crises financières répétées, chocs pétroliers, etc.) cette lacune théorique devient une question à traiter en urgence. Ce travail de thèse étudie les mécanismes de la “conception institutionnelle” à travers le cas très actuel des marchés du carbone. Nous avons construit deux notions pour analyser ces mécanismes : la notion de plateforme expérimentale et la notion de travail institutionnel de conception. Enfin, nous avons travaillé la notion de bricolage, et les conditions d'efficacité de cette activité de conception dans un contexte d'innovation institutionnelle. / Climate change belongs to a new category of environmental issues, for which we don't know how to design solutions. Indeed, it is possible to treat traditional pollutions using technical solutions that are already known. To the contrary, mitigating climate change involves a profound revision of the organizational models that support our modern societies. The institutional device to guide this low carbon transition still needs to be designed. Traditionally, the question of institutional innovation is addressed in a field of organization theories named “neo-institutional theory”. Nevertheless, research in this field has focused on the diffusion of institutional innovation, but not on the design of institutional innovation itself. In a global context of crisis of our societal models, there is an emergency for this gap to be explored. In the context of institutional theory, this work analyzes the mechanisms of “institutional design” through the case of carbon markets. We build two notions that help to better understand the mechanisms at play: the notion of experimental platforms and the notion of institutional design work. Eventually, we build on previous work in management sciences on the concept of bricolage to identify the efficiency conditions of this design activity.

Au niveau global, il a été estimé qu’une augmentation de 4% de l’albédo (ou réflectivité) de la surface provoquerait une diminution de 0,7° de la température d’équilibre de la Terre. Or les propriétés des surfaces (dont l’albédo) changent sous la pression climatique et l’action de l’homme. Parallèlement à ce changement des propriétés de surface un débat divise la communauté scientifique sur une éventuelle diminution ou augmentation du rayonnement incident à la surface depuis le milieu des années 1980 (conséquence d’une augmentation ou diminution de la concentration d’aérosols dans l’atmosphère). La Terre est un système complexe piloté en sa surface par 3 cycles (énergie, eau et carbone). Ces cycles ne sont pas insensibles à ces changements de propriété de réflectivité de surface, de rayonnement solaire incident ou de concentration en aérosols. Certains avancent ainsi qu’une augmentation du rayonnement diffus durant les dernières décennies aurait déjà entraîné un excédent de captation de carbone par la végétation de 9.3%. La problématique ici soulevée est d’évaluer l’apport de la connaissance du flux solaire absorbé par la surface (combinaison du rayonnement solaire et de l’albédo de surface) et plus particulièrement par sa partie végétative pour le suivi des flux d’énergie, d’eau et de carbone. Dans ce travail, j’ai fait appel à l’observation satellitaire et à la modélisation du transfert radiatif pour cartographier la dynamique du rayonnement solaire absorbé par la surface et sur la verticale de la végétation. Dans un premier temps, chacune des sources d’incertitudes sur le rayonnement incident, sur l’albédo de surface mais aussi sur la répartition du rayonnement entre les hétérogénéités horizontales et verticales à la surface furent quantifiées. Puis tout en discutant l’effet de ces incertitudes, j’ai mesuré l’apport de l’utilisation de cette cartographie par satellite du rayonnement solaire absorbé pour estimer les flux d’énergie et d’eau en surface ; ce qui améliora les scores de prévision du temps à court terme et permis également de suggérer des rétroactions à l’échelle climatique sur des zones sensibles tel le Sahel. Aussi une correction de biais de 15% sur l’estimation de la production primaire brute de carbone à l’échelle planétaire démontra l’importance des développements réalisés afin de caractériser les hétérogénéités verticales dans le couvert. Finalement, ce travail m’a conduit à chiffrer l’impact de la méconnaissance des variabilités spatiales et temporelles des propriétés des aérosols (concentration et type). J’ai montré que le suivi au cours du temps des propriétés de directionalité de la réflectivité de surface (tel abordé dans la première partie de mon étude) pouvait aussi permettre de remonter à la quantité d’aérosol dans l’atmosphère. L’utilisation d’observations issues de satellite géostationnaire permet d’estimer la concentration en aérosol avec la même qualité mais avec une fréquence de détection plus élevée (x5 environ) que les méthodes classiques. Enfin, ce travail dresse des pistes pour améliorer la détection des changements des propriétés de réflectivité de surface et d’aérosols de l’atmosphère, et atteindre un suivi encore meilleur des cycles biogéochimiques de la biosphère terrestre. / It is known that a global 4% increase of land surface albedo (also called reflectivity) may result approximately in a decrease of 0.7°C in the Earth’s equilibrium temperature. Nowadays the surface properties (including albedo) are changing under climatic and human pressure. At the same time, there is a debate that divides the scientific community about the potential trends (increase or decrease) affecting the surface incoming solar radiation since mid-1980 (resulting of a decrease or increase of aerosol concentration in the atmosphere, respectively). The Earth is a complex system driven at the surface level by three cycles (energy, water, and carbon). These cycles are not insensitive to changes of surface reflectivity, incoming radiation, or aerosol properties. For example, some argue that the increase of diffuse radiation during the last decades would have led to an exceed of carbon uptake by the Earth’s vegetation of 9.3%. The main issue raised here is to assess the added value of the knowledge in absorbed solar radiation by the surface (combination of incoming solar radiation with surface albedo) and, especially, by the vegetation for the monitoring of energy, water and carbon fluxes.In this work, I have used satellite observations and modeled the radiative transfer theory in order to make dynamic mapping of solar radiation absorbed by the surface and through the vertical dimension of the vegetation. First, I quantified each uncertainty source affecting incoming solar radiation, surface albedo and the way radiation is split between horizontal and vertical heterogeneity. In a second step, I measured the added value of using this absorbed radiation mapping of the surface by satellite to estimate the energy and water fluxes at the surface. The resulting improved scores of weather forecast models in the short-range time scale suggested potential feedbacks at the climatic time scale over sensible areas such as the Sahel region. Another significant outcome is that the developments proposed to better characterize the vertical heterogeneity within the canopy led to an improvement of 15% of annual global terrestrial gross primary production (GPP). Moreover, this study has led to measure the impact of the lack of knowledge of spatial and temporal variability of aerosol properties (concentration and type). I have shown that the tracking of temporal changes of directional properties of reflectance allows me to retrieve to the amount of aerosols in the atmosphere as precisely as other widely used methods but with a higher frequency (5 times more) by using data from geostationary satellite. Finally, this study addresses some possibilities to better track temporal changes of properties of reflectivity of surface and aerosol of atmosphere, and to access to a better monitoring of biogeochemical cycles of the terrestrial biosphere.