L'entreposage à long terme des carottes (Daucus carota L.) est principalement limité par les maladies fongiques et les pourritures post-récolte. L'utilisation du potentiel physiologique des carottes pourrait être une alternative intéressante aux applications de fongicide pour lutter contre ces maladies. Les stress abiotiques sont de nature oxydative et s'avèrent souvent nocifs aux plantes et aux tissus végétaux à fortes doses, mais peuvent induire des mécanismes protecteurs / adaptatifs à faibles doses, un phénomène biologique appelé hormèse. Cependant, exception faite des rayons UV-C, on sait peu de choses quant aux possibles effets hormétiques des stress abiotiques sur les produits post-récolte tel que les carottes. Ainsi l'objectif général de ce travail était d'établir l'existence de l'hormèse chez les racines de carotte suite à l'exposition à divers stress abiotiques, incluant les radiations UV, la lumière blanche, la chaleur, les ultrasons, l'ozone et l'éthylène et d'étudier l'effet des doses hormétiques de ces stress sur la résistance aux maladies. Plus précisément, la démarche consistait à déterminer les doses hormétiques des stress dans l'intensification de la résistance aux maladies chez les carottes conservées à 4 °C, suivre les changements physiologiques et biochimiques des carottes exposées aux stress, et évaluer l'induction ou l'accroissement des teneurs de différents phyto-composés aux propriétés antimicrobiennes et/ou bénéfiques pour la santé (connues ou potentielles) chez les carottes exposées, et leur évolution au cours d'un entreposage de 42 jours à 4 °C. Tous les stress abiotiques sélectionnés présentaient le phénomène d'hormèse chez les carottes entreposées à 4 °C (> 95% humidité relative) avec une résistance accrue, à divers degrés, à la maladie causée par Botrytis cinerea. Les doses hormétiques des stress étaient: 7,0 kJ∙m⁻² (UV-B); 30 kJ∙m⁻² (lumière blanche); 60 min (chaleur, 36 °C); 30 min (ultrasons, 135 W); 6,0 h (ozone, 5,0 ppm) et 6,5 h (éthylène, 250 ppm). Appliqués aux doses hormétiques, les ultrasons avec H₂O₂, les UV-B, l'ozone, la lumière blanche et l'éthylène étaient les stress les plus efficaces (60 à 65% réduction de la maladie). La deuxième partie de cette étude consistait à suivre au cours de l'entreposage les changements physiologiques (taux de respiration, fuite d'électrolytes et perte de poids) et biochimiques (capacité antioxydante) des carottes, suite à l'exposition aux stress susmentionnés. Les ultrasons avec H₂O₂ et l'ozone, ont davantage, bien que transitoirement, provoqué des changements dans les caractéristiques physiologiques et biochimiques des carottes exposées. De plus, les D₅₀ (doses efficaces à 50%), déterminées à partir des courbes de réponse physiologique, sont comparables aux doses hormétiques obtenue en utilisant la réponse de résistance à la maladie. Dans la troisième partie du travail, l'effet des stress (appliqués aux doses hormétiques) sur les carottes entreposées a été évalué sur l'induction / l'augmentation des niveaux de quatre phyto-composés, antimicrobiens connus ou potentiels, et sur leur contribution à la résistance induite aux maladies. La lumière blanche a été la plus efficace dans l'induction de la phytoalexine 6-méthoxymelléine, suivie des UV-C, des ultrasons avec H₂O₂, de l'ozone et des UV-B; la lumière blanche et les UV-C dans l'augmentation des polyacétylènes antifongiques constitutifs, le falcarinol et le falcarindiol. La lumière blanche et l'éthylène ont augmenté les niveaux de myristicine. Dans l'ensemble, la lumière blanche et les UV, suivis des ultrasons avec H₂O₂ et de l'éthylène, ont été les plus efficaces pour augmenter les niveaux de ces composés. La 6-méthoxymélléine s'est révélée comme le principal phyto-composé impliqué dans la résistance induite par les stress abiotiques, tandis que les polyacétylènes, le falcarinol et le falcarindiol dans une moindre mesure, joueraient un rôle d'adjuvant. La myristicine ne semble jouer aucun rôle dans la résistance induite aux maladies chez les carottes. Enfin, l'examen des profils des phyto-composés relativement volatils bénéfiques pour la santé (phénylpropanoïdes, terpénoïdes, polycétides et polyacétylènes) obtenus par GC-MS montre une augmentation à des degrés divers de tous les composés en réponse aux différents stress hormétiques. Dans l'ensemble, la lumière blanche, les ultrasons avec H₂O₂, l'ozone et les UV-C se sont montrés efficaces pour augmenter les niveaux des diverses classes de composés précités. Considérant l'amélioration de la résistance aux maladies; l'augmentation des niveaux des phyto-composés, en particulier de la phytoalexine 6-méthoxymélléine; protecteurs des plantes et/ou bénéfiques pour la santé, la lumière blanche, les ultrasons avec H₂O₂, ou l'ozone pourraient être des stress hormétiques souhaitables pour le traitement des carottes entreposées. / Long-term storage of carrots (Daucus carota L.) is limited mainly by fungal diseases and decay. Utilizing the physiological potential of the produce to elevate disease resistance could be an attractive alternative to fungicide applications to control diseases in stored carrots. Abiotic stresses are oxidative in nature and often prove harmful to plants at high doses, but may induce protective/adaptive mechanisms at low doses, a biological phenomenon known as hormesis. However, little is known regarding the existence of hormesis of other abiotic stresses, other than UV-C radiation, in postharvest crops, including carrots, nor their hormetic effects in carrots, if any. The overall objective of this work was to establish the existence of hormesis phenomenon of various abiotic stresses, including UV radiations and white light (WL), heat, ultrasound (US), ozone (O₃), and ethylene (ET) in carrot roots, and investigate the potential of pre-storage treatment with hormetic doses of those stresses to enhance the disease resistance of stored carrots. Specifically, the approach consisted of determining the hormetic doses of stresses in the intensification of disease resistance in carrots stored at 4 °C; monitoring the physiological and biochemical changes in the stress-exposed carrots; and evaluating the induction or enhancement of phyto-compounds with antimicrobial and/or health-beneficial properties of the exposed carrots, and their dynamics during storage of 42 days. All the selected abiotic stresses exhibited the phenomenon of hormesis in carrots stored at 4 °C (> 95% relative humidity) with enhanced disease resistance against decay caused by Botrytis cinerea to varying degrees. The hormetic doses of the selected abiotic stresses for the induction of disease resistance in carrots were: 7.0 kJ∙m⁻² (UV-B), 30 kJ∙m⁻² (WL); 60 min (heat at 36 °C), and 30 min (US at 135 W); 6.0 h (O₃ at 5 ppm); and 6.5 h (ET at 250 ppm). Hormetic doses of US+H₂O₂, UV-B, O₃, WL, and ET were the most effective among the stresses to induce resistance (60-65% disease reduction). The second part of this research work was to evaluate changes in the physiological(respiration rate, electrolyte leakage, and weight loss) and biochemical (antioxidant capacity) characteristics of the carrots, following exposure to the afore-mentioned stresses during 6 weeks of storage. Among the stresses, US+H₂O₂ and O₃, most markedly, albeit transiently, caused changes in the physiological and biochemical characteristics of the exposed carrots. Furthermore, the D₅₀ (effective dose at 50%) doses, determined from the sigmoidal stress dose-changes in the physiological and biochemical response curves appeared to represent the hormetic doses comparable to those obtained using the disease resistance response. The third part of the work evaluated the hormetic doses of abiotic stresses for their capacity to induce/enhance the levels of four targeted phyto-compounds, either known or potential antimicrobials, and their contribution to the disease resistance against B. cinerea. Hormetic WL was most effective in the induction of the isocoumarin phytoalexin, 6-methoxymellein (6-MM), followed by UV-C, US+H₂O₂, O₃, and UV-B stresses; WL and UV-C in the enhancement of the constitutive antifungal polyacetylenes, falcarinol (FaOH) and falcarindiol (FaDOH); and WL and ET were effective in enhancing the insecticidal phenylpropene, myristicin (MYR). Overall, WL, UV radiations, followed by US+H₂O₂ and ET, were most effective in the enhancement of those four compounds. The phytoalexin, 6-MM, was the principal phyto-compound involved in the resistance, while FaOH and FaDOH played an adjuvant role, and MYR did not seem to play any role. The final portion of this work examined the profiles of relatively volatile health-beneficial phyto-compounds in carrots using GC-MS and their enhancement in response to hormetic abiotic stresses. All the phyto-compounds (phenylpropanoids, terpenoids, polyketides, and polyacetylenes) were enhanced to varying degrees by different hormetic stresses. Overall, the effective stresses for the enhancement of diverse classes of volatile health-beneficial phyto-compounds were WL, US+H₂O₂, O₃, and UV-C. From the standpoints of improved disease resistance; the enhancement of antimicrobial targeted phyto-compounds, specifically the phytoalexin, 6-MM; and that of volatile compounds that are both plant-protecting and health-beneficial, application of hormetic stresses, WL, US+H₂O₂, or O₃, could be desirable in practice, for not only controlling diseases in carrots, but also improving their health-beneficial properties.

L'entreposage à long terme des carottes (Daucus carota L.) est principalement limité par les maladies fongiques et les pourritures post-récolte. L'utilisation du potentiel physiologique des carottes pourrait être une alternative intéressante aux applications de fongicide pour lutter contre ces maladies. Les stress abiotiques sont de nature oxydative et s'avèrent souvent nocifs aux plantes et aux tissus végétaux à fortes doses, mais peuvent induire des mécanismes protecteurs / adaptatifs à faibles doses, un phénomène biologique appelé hormèse. Cependant, exception faite des rayons UV-C, on sait peu de choses quant aux possibles effets hormétiques des stress abiotiques sur les produits post-récolte tel que les carottes. Ainsi l'objectif général de ce travail était d'établir l'existence de l'hormèse chez les racines de carotte suite à l'exposition à divers stress abiotiques, incluant les radiations UV, la lumière blanche, la chaleur, les ultrasons, l'ozone et l'éthylène et d'étudier l'effet des doses hormétiques de ces stress sur la résistance aux maladies. Plus précisément, la démarche consistait à déterminer les doses hormétiques des stress dans l'intensification de la résistance aux maladies chez les carottes conservées à 4 °C, suivre les changements physiologiques et biochimiques des carottes exposées aux stress, et évaluer l'induction ou l'accroissement des teneurs de différents phyto-composés aux propriétés antimicrobiennes et/ou bénéfiques pour la santé (connues ou potentielles) chez les carottes exposées, et leur évolution au cours d'un entreposage de 42 jours à 4 °C. Tous les stress abiotiques sélectionnés présentaient le phénomène d'hormèse chez les carottes entreposées à 4 °C (> 95% humidité relative) avec une résistance accrue, à divers degrés, à la maladie causée par Botrytis cinerea. Les doses hormétiques des stress étaient: 7,0 kJ∙m⁻² (UV-B); 30 kJ∙m⁻² (lumière blanche); 60 min (chaleur, 36 °C); 30 min (ultrasons, 135 W); 6,0 h (ozone, 5,0 ppm) et 6,5 h (éthylène, 250 ppm). Appliqués aux doses hormétiques, les ultrasons avec H₂O₂, les UV-B, l'ozone, la lumière blanche et l'éthylène étaient les stress les plus efficaces (60 à 65% réduction de la maladie). La deuxième partie de cette étude consistait à suivre au cours de l'entreposage les changements physiologiques (taux de respiration, fuite d'électrolytes et perte de poids) et biochimiques (capacité antioxydante) des carottes, suite à l'exposition aux stress susmentionnés. Les ultrasons avec H₂O₂ et l'ozone, ont davantage, bien que transitoirement, provoqué des changements dans les caractéristiques physiologiques et biochimiques des carottes exposées. De plus, les D₅₀ (doses efficaces à 50%), déterminées à partir des courbes de réponse physiologique, sont comparables aux doses hormétiques obtenue en utilisant la réponse de résistance à la maladie. Dans la troisième partie du travail, l'effet des stress (appliqués aux doses hormétiques) sur les carottes entreposées a été évalué sur l'induction / l'augmentation des niveaux de quatre phyto-composés, antimicrobiens connus ou potentiels, et sur leur contribution à la résistance induite aux maladies. La lumière blanche a été la plus efficace dans l'induction de la phytoalexine 6-méthoxymelléine, suivie des UV-C, des ultrasons avec H₂O₂, de l'ozone et des UV-B; la lumière blanche et les UV-C dans l'augmentation des polyacétylènes antifongiques constitutifs, le falcarinol et le falcarindiol. La lumière blanche et l'éthylène ont augmenté les niveaux de myristicine. Dans l'ensemble, la lumière blanche et les UV, suivis des ultrasons avec H₂O₂ et de l'éthylène, ont été les plus efficaces pour augmenter les niveaux de ces composés. La 6-méthoxymélléine s'est révélée comme le principal phyto-composé impliqué dans la résistance induite par les stress abiotiques, tandis que les polyacétylènes, le falcarinol et le falcarindiol dans une moindre mesure, joueraient un rôle d'adjuvant. La myristicine ne semble jouer aucun rôle dans la résistance induite aux maladies chez les carottes. Enfin, l'examen des profils des phyto-composés relativement volatils bénéfiques pour la santé (phénylpropanoïdes, terpénoïdes, polycétides et polyacétylènes) obtenus par GC-MS montre une augmentation à des degrés divers de tous les composés en réponse aux différents stress hormétiques. Dans l'ensemble, la lumière blanche, les ultrasons avec H₂O₂, l'ozone et les UV-C se sont montrés efficaces pour augmenter les niveaux des diverses classes de composés précités. Considérant l'amélioration de la résistance aux maladies; l'augmentation des niveaux des phyto-composés, en particulier de la phytoalexine 6-méthoxymélléine; protecteurs des plantes et/ou bénéfiques pour la santé, la lumière blanche, les ultrasons avec H₂O₂, ou l'ozone pourraient être des stress hormétiques souhaitables pour le traitement des carottes entreposées. / Long-term storage of carrots (Daucus carota L.) is limited mainly by fungal diseases and decay. Utilizing the physiological potential of the produce to elevate disease resistance could be an attractive alternative to fungicide applications to control diseases in stored carrots. Abiotic stresses are oxidative in nature and often prove harmful to plants at high doses, but may induce protective/adaptive mechanisms at low doses, a biological phenomenon known as hormesis. However, little is known regarding the existence of hormesis of other abiotic stresses, other than UV-C radiation, in postharvest crops, including carrots, nor their hormetic effects in carrots, if any. The overall objective of this work was to establish the existence of hormesis phenomenon of various abiotic stresses, including UV radiations and white light (WL), heat, ultrasound (US), ozone (O₃), and ethylene (ET) in carrot roots, and investigate the potential of pre-storage treatment with hormetic doses of those stresses to enhance the disease resistance of stored carrots. Specifically, the approach consisted of determining the hormetic doses of stresses in the intensification of disease resistance in carrots stored at 4 °C; monitoring the physiological and biochemical changes in the stress-exposed carrots; and evaluating the induction or enhancement of phyto-compounds with antimicrobial and/or health-beneficial properties of the exposed carrots, and their dynamics during storage of 42 days. All the selected abiotic stresses exhibited the phenomenon of hormesis in carrots stored at 4 °C (> 95% relative humidity) with enhanced disease resistance against decay caused by Botrytis cinerea to varying degrees. The hormetic doses of the selected abiotic stresses for the induction of disease resistance in carrots were: 7.0 kJ∙m⁻² (UV-B), 30 kJ∙m⁻² (WL); 60 min (heat at 36 °C), and 30 min (US at 135 W); 6.0 h (O₃ at 5 ppm); and 6.5 h (ET at 250 ppm). Hormetic doses of US+H₂O₂, UV-B, O₃, WL, and ET were the most effective among the stresses to induce resistance (60-65% disease reduction). The second part of this research work was to evaluate changes in the physiological(respiration rate, electrolyte leakage, and weight loss) and biochemical (antioxidant capacity) characteristics of the carrots, following exposure to the afore-mentioned stresses during 6 weeks of storage. Among the stresses, US+H₂O₂ and O₃, most markedly, albeit transiently, caused changes in the physiological and biochemical characteristics of the exposed carrots. Furthermore, the D₅₀ (effective dose at 50%) doses, determined from the sigmoidal stress dose-changes in the physiological and biochemical response curves appeared to represent the hormetic doses comparable to those obtained using the disease resistance response. The third part of the work evaluated the hormetic doses of abiotic stresses for their capacity to induce/enhance the levels of four targeted phyto-compounds, either known or potential antimicrobials, and their contribution to the disease resistance against B. cinerea. Hormetic WL was most effective in the induction of the isocoumarin phytoalexin, 6-methoxymellein (6-MM), followed by UV-C, US+H₂O₂, O₃, and UV-B stresses; WL and UV-C in the enhancement of the constitutive antifungal polyacetylenes, falcarinol (FaOH) and falcarindiol (FaDOH); and WL and ET were effective in enhancing the insecticidal phenylpropene, myristicin (MYR). Overall, WL, UV radiations, followed by US+H₂O₂ and ET, were most effective in the enhancement of those four compounds. The phytoalexin, 6-MM, was the principal phyto-compound involved in the resistance, while FaOH and FaDOH played an adjuvant role, and MYR did not seem to play any role. The final portion of this work examined the profiles of relatively volatile health-beneficial phyto-compounds in carrots using GC-MS and their enhancement in response to hormetic abiotic stresses. All the phyto-compounds (phenylpropanoids, terpenoids, polyketides, and polyacetylenes) were enhanced to varying degrees by different hormetic stresses. Overall, the effective stresses for the enhancement of diverse classes of volatile health-beneficial phyto-compounds were WL, US+H₂O₂, O₃, and UV-C. From the standpoints of improved disease resistance; the enhancement of antimicrobial targeted phyto-compounds, specifically the phytoalexin, 6-MM; and that of volatile compounds that are both plant-protecting and health-beneficial, application of hormetic stresses, WL, US+H₂O₂, or O₃, could be desirable in practice, for not only controlling diseases in carrots, but also improving their health-beneficial properties.

L'objet principale de cette étude a été d'établir dans la mesure du possible, une corrélation entre les affleurements de la rivce droite du Rhône de Tournon à La Voulte et ce que l'on peutconnaitre des formations sous-alluviales. Ainsi, nous avons-été amené d'une part à reprendre le levé de la carte géologique et d'autre àexaminer les dossiers et les nombreux sondages effectués par la Compagnie Nationale du Rhône. Le choix de Tournon et de La Voulte comme localités extrêmes au Nord et au Sud n'est pas arbitraire. Nous verrons en effet que cette région possède une certaine individualité tant au point de vue géographique que géologique. Nous avons limité notre levé dans sa partie occidentale aux formations paléozoïques du Plateau Central et, dans sa partie orientale aux formations alluviales de la vallée actuelle.

Titre de l'écran-titre (visionné le 18 mars 2024) / Les sédiments aquatiques sont des archives précieuses de l'histoire des écosystèmes, et elles contiennent des informations permettant de reconstituer le passé et de prévoir l'évolution de l'état des écosystèmes. Les carottes de sédiments lacustres fournissent des données à long terme essentielles pour distinguer le rythme et l'étendue des changements environnementaux naturels, comprendre les écosystèmes avant les impacts anthropiques et établir l'état de référence des écosystèmes. Cependant, la plupart des techniques d'analyse des sédiments sont destructives, prennent du temps et ont une résolution relativement faible. Ces dernières années, l'imagerie hyperspectrale s'est imposée comme une nouvelle technologie en paléolimnologie. Contrairement aux méthodes traditionnelles, cette technologie permet la reconstruction rapide, non destructive et très détaillée (résolution spatiale submillimétrique) des caractéristiques physiques, biologiques et chimiques des carottes de sédiments. Ce doctorat vise à étudier les réponses des lacs à de multiples facteurs de stress au cours des 150 dernières années en utilisant diverses propriétés des carottes de sédiments identifiées grâce à l'imagerie hyperspectrale. Cette thèse examine 116 carottes de sédiments lacustres prélevées pendant trois étés (2017-2019) dans des lacs canadiens répartis dans 11 écozones. La recherche a été menée dans le cadre du programme du Réseau canadien Lake Pulse du CRSNG (Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada). Les images hyperspectrales (HSI), combinées avec d'autres proxies, ont été employées pour développer des modèles d'apprentissage automatique et statistiques. Ces modèles ont permis d'analyser la composition des sédiments et, par conséquent, de reconstituer les changements environnementaux passés dans l'ensemble du Canada. En plus des données principales provenant de l'imagerie hyperspectrale, des données supplémentaires proviennent des modèles de données climatiques globales, et d'analyses de spectrophotométrie, de granulométrie laser, et de spectrométrie gamma et alpha. Les principaux résultats de cette thèse incluent (1) le développement de méthodologies pour préparer des échantillons de carottes de sédiments avant l'acquisition d'images, pour la configuration du scanner hyperspectral, pour l'acquisition des données, et pour personnaliser les méthodes existantes et développer de nouvelles techniques de débruitage, de prétraitement et d'intégration de données spectrales; (2) le développement d'un modèle d'apprentissage profond basé sur des réseaux de neurones convolutifs pour estimer la taille moyenne des particules des carottes de sédiments à l'aide de l'imagerie hyperspectrale; (3) l'introduction d'un nouvel indice spectral pour estimer la teneur en chlorophylle dans les carottes de sédiments lacustres; et (4) l'analyse d'une vaste base de données provenant de carottes de sédiments lacustres de partout au Canada, couplée à des données climatiques historiques. Cette dernière analyse a révélé une augmentation généralisée des dépôts de chlorophylle dans les lacs canadiens due au climat depuis l'époque préindustrielle (après 1850), et surtout depuis la fin des années 1950. Les recherches menées dans le cadre de cette thèse vont faciliter de futures études à haute résolution sur les changements environnementaux à partir de carottes de sédiments et font progresser notre compréhension de l'état des lacs canadiens et de leurs réponses au réchauffement climatique. / Aquatic sediments are valuable archives of ecosystem history which contain information that enables past reconstructions and predictions about the state of ecosystems. Lake sediment cores provide long-term data essential for distinguishing the rate and extent of natural environmental changes, understanding ecosystem patterns prior to human impacts, and establishing the baseline condition of ecosystems. However, most sediment analysis techniques are destructive, time-consuming, and relatively low-resolution. In recent years, hyperspectral imaging has emerged as a new technology in paleolimnology. Unlike traditional methods, this technology allows for the rapid, non-destructive, and highly detailed (submillimeter spatial resolution) reconstruction of physical, biological, and chemical characteristics within sediment cores. This Ph.D. aims to study lake responses to multiple stressors over the past 150 years utilizing various properties of sediment cores identified through hyperspectral imaging. This thesis involved the examination of 116 lake sediment cores collected during three summers (2017–2019) from Canadian lakes across 11 ecozones. The research was conducted as part of the NSERC (Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada) Canadian Lake Pulse Network program. Hyperspectral images (HSI) from the surface of sediment cores, along with other proxies, were employed to develop machine learning and statistical models. These models were instrumental in analyzing sediment composition and, consequently, reconstructing past environmental changes across Canada. Besides hyperspectral data, which served as the primary focus, data were utilized from various techniques such as spectrophotometry, laser granulometry, gamma and alpha spectrometry, and global climate data models. The key outcomes of this thesis include (1) the development of a methodology for preparing sediment core samples before scanning, configuring hyperspectral scanner setup, acquiring data, customizing existing methods, and developing new techniques for denoising, preprocessing, and integrating spectral data; (2) the development of a deep learning model based on convolutional neural networks to estimate the mean particle size of sediment cores using hyperspectral imaging; (3) the introduction of a new spectral index to infer chlorophyll content within lake sediment cores; and (4) the analysis of a large database of lake sediment cores from across Canada, coupled with historical climate data, that revealed a widespread climate-mediated increase in chlorophyll deposition in Canadian lakes since pre-industrial times (post-1850), and particularly since the late 1950s. The research in this thesis enables future high-resolution studies of environmental change from sediment cores and advances our understanding of the state of Canadian lakes and their responses to warming climates.

Le réchauffement climatique enregistré depuis le début du siècle, et imputé en grande partie à la production massive de gaz à effets de serre par les activités anthropiques, se traduit par différentes réponses du système climatique terrestre. Les projections pour l'évolution climatique future requièrent l'utilisation de modèles, dont la fiabilité dépend en partie des tests conduisibles sous des conditions aux limites variables. Afin de contraindre les paramètres mal connus de ces modèles, l'étude des climats du passé constitue un moyen adapté. Le projet TALDICE de forage dans la glace prend place dans ce contexte général. Son objectif principal vise à enrichir notre connaissance de la variabilité climatique passée enregistrée sur le continent antarctique, en focalisant plus particulièrement sur les disparités régionales et le comportement des régions situées en bordure du plateau est-antarctique, notamment lors de variations rapides du climat. Le forage glaciaire profond TALDICE a été conduit à Talos Dome, en Terre de Victoria, près de la Mer de Ross. Dans ce travail de thèse nous nous sommes attelés à la construction d'une échelle d‘âge précise pour la carotte TALDICE, en nous appuyant, dans un premier temps, sur l'analyse du méthane et des isotopes de l'air contenu dans les bulles incluses au sein de la matrice glaciaire, et dans un second temps, sur l'utilisation de divers modèles de datation, dont une nouvelle méthode inverse optimisant la cohérence entre les marqueurs stratigraphiques et les contraintes glaciologiques. L'échelle d'âge TALDICE-1 ainsi édifiée a permis 1) de montrer que l'enregistrement climatique de la carotte était exploitable sans hiatus jusqu'à un âge de 250.000 ans avant notre ère, 2) de discuter les relations de phase des évènements climatiques rapides observés durant la dernière déglaciation et la fin de la période glaciaire (stade isotopique marin n°3) entre TALDICE et d'autres carottes de glace issues des deux hémisphères. Une analyse multi-proxies, accompagnéee par l'exploitation de simulations d'un modèle de climat global couplé océan-atmosphère (le modèle IPSL-CM4), nous a permis de conclure 1) à la synchronicité du signal climatique de TALDICE avec ceux des autres régions antarctiques lors des variations rapides de température, étendant ainsi à cette région l'empreinte du mécanisme de bascule bipolaire lors des variations climatiques rapides, 2) à l'observation de disparités régionales dans les taux de changement de la température entre les différents secteurs de l'Océan Austral, probablement gouvernées par des variations locales du couvert de glace de mer, ainsi que de l'intensité et de la localisation des vents zonaux. Nous concluons à une sensibilité accrue du secteur atlantique de l'Océan Austral lors des variations globales de température par rapport au secteur indien.

L’objectif de cette thèse était d’identifier les principaux indicateurs de disponibilité de l’azote dans les sols forestiers et ensuite de déterminer les mécanismes impliqués dans le contrôle de la minéralisation de l’azote et de la nitrification par les essences forestières. Différents indicateurs de la disponibilité en azote des sols ont été comparés dans 50 hêtraies du Nord Est de la France représentant une large gamme de type de sol. L’effet des essences a été étudié sur un cambisol hyperdystric acide dans le site de Breuil (Morvan, France). Le potentiel net de minéralisation de l’azote est corrélé négativement avec le pH du sol et positivement avec le rapport C/N microbien. Le pourcentage de nitrification est fortement corrélé à une combinaison du pH avec le rapport C/N du sol ou à la composition de la végétation. Dans le site de Breuil, le pourcentage de nitrification du sol est élevé sous le hêtre, le pin laricio et le douglas tandis qu’il est très faible sous le Sapin, l’Epicéa et la forêt native (taillis sous futaie à base de hêtre et de chêne). La permutation des carottes de sols entre ces peuplements montre que sous les peuplements forts nitrifiants, la colonisation racinaire est lente et le pourcentage de nitrification est stimulé très rapidement (<16 mois). Sous les peuplements peu nitrifiants, la colonisation racinaire est très rapide mais la réduction du pourcentage de nitrification est assez lente (>28 mois). Par ailleurs, la coupe à blanc stimule très rapidement la nitrification sous la forêt native. L’ensemble de ces résultats converge vers un contrôle fort du cycle de l'azote par les racines, mais le mécanisme exact reste inconnu. / The aim of this thesis was to identify the main indicators of N availability in forest soils and thereafter to determine mechanisms by which tree species control soil N mineralization and nitrification. Various indicators of N availability were compared within 50 beech forests covering a large range of soil types in northeastern France. Thereafter, the effect of six tree species was studied in an acidic cambisol hyperdystric at the experimental site of Breuil (Morvan, France). Potential net N mineralization was negatively correlated with soil pH and positively with microbial C/N ratio. Percent nitrification was strongly correlated with the combination of soil pH and soil C/N or with the combination of Ellenberg’s indices of N availability or Ecoplant C/N and Ellenberg’s indices of acidity (R) based on the vegetation community composition. At the Breuil experimental site, the percent nitrification was high in beech, Corsican pine and Douglas fir plantations whereas it was very low in the Nordmann fir and the spruce plantations and the native forest stands (an old coppice with standard dominated by beech and oak). The exchange of soil cores between stands showed that under the « High nitrifying stands », root colonization was low and percent nitrification was quickly stimulated (<16 months). In « Low nitrifying stands », root colonization was very quick but percent nitrification decreased slowly (>28 months). Percent nitrification was quickly stimulated by clear felling of the native forest. Our results converge toward a strong influence of roots on the nitrogen cycle in forest ecosystems but it needs further efforts to identify the mechanism.

L’objectif principal de cette thèse était de comprendre la variabilité millénaire du CO2 atmosphérique durant le stade isotopique marin 6 (Marine Isotope Stage 6, MIS 6), l’avant dernière période glaciaire (185-135 ka BP). Durant la première partie de la période MIS 6 (185-160 ka BP), 6 oscillations climatiques millénaires peuvent être observées dans des indicateurs de la température antarctique, du phénomène de bascule bipolaire dans la région Atlantique Nord et de l’intensité des moussons des basses latitudes. Un cycle hydrologique intensifié et des vêlages d’iceberg dans l’Atlantique Nord pourraient avoir impacté la circulation atlantique méridionale de retournement (Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC) durant MIS 6 (Margari et al., 2010). La reconstruction de CO2 atmosphérique à partir des carottes antarctiques peut fournir des informations clés sur le lien entre CO2 atmosphérique et variabilité climatique millénaire. Cependant, les enregistrements existants du CO2 à partir de la carotte de glace de Vostok ne montrent pas de variabilité millénaire du fait de trop mauvaises résolution et précision.Pour examiner comment le CO2 atmosphérique est lié avec le changement climatique sur les échelles de temps millénaires pendant le MIS 6, nous avons analysé 150 échantillons de CO2 atmosphérique obtenus à partir de la carotte EPICA Dome C (EDC) sur la période 189.4-135.4 ka BP. Une oscillation mineure et 5 oscillations majeures du CO2 atmosphérique pendant la première partie de la période du MIS 6 (189-160 ka BP) ont été découvertes. Cette variabilité est très liée avec la température antarctique. Pendant les périodes stadiales courtes dans l’Atlantique Nord, les variations de CO2 atmosphérique sont négligeables et découplées avec la variabilité de la température antarctique. Durant ces périodes, la force de l’upwelling dans l’océan austral pourrait ne par être suffisante pour impacter le CO2 atmosphérique. De plus, 2 modes de variations du CO2 sont présentes pendant la période du MIS 6. Le maximum de dioxyde de carbone 6 (carbon dioxide maxima 6, CDM 6) suit le réchauffement rapide de l’hémisphère Nord de seulement 100±360 ans, alors que les retards pour les CDM 3 et 4 sont bien plus longs, 1 100±280 ans en moyenne. Ces deux modes de variation du CO2 pourraient être liés à un changement de mode de l’AMOC de la première partie du MIS 6 au MIS 6.5. Ces deux phénomènes sont aussi observés pendant la dernière période glaciaire. Cependant, les données disponibles permettent seulement une discussion exploratoire des mécanismes responsables de la variabilité du CO2 pendant MIS 6. Comme les conditions aux limites de la dernière période glaciaire ne peuvent pas être appliquées au MIS 6, des données supplémentaires et des études par modélisation du MIS 6 sont nécessaires. / The main objective of this thesis is to understand the millennial variability of atmospheric CO2 during the Marine Isotope Stage 6 (MIS 6), the penultimate glacial, period (185─135 kyr BP). During the early MIS 6 period (185-160 kyr BP), 6 millennial-scale climate oscillations can be observed in proxy records of Antarctic temperature, the bipolar see-saw phenomenon in the North Atlantic region, and Monsoon intensity in low latitudes. An intensified hydrological cycle and iceberg calving in the North Atlantic may have impacted on the Atlantic Meridional Overturning Circulation during MIS 6 (Margari et al., 2010). Atmospheric CO2 reconstructions from Antarctic ice cores can provide key information on how atmospheric CO2 concentrations are linked to millennial-scale climate changes. However, existing CO2 records from the Vostok ice core do not show the millennial variability due to the lack of suitable temporal resolution and precision. To understand atmospheric CO2 variability during MIS 6, a precision of less than 2 ppm is mandatory, because there is a possibility that we could observe small CO2 variability of less than 5 ppm during the smaller Antarctic isotope maxima events as observed during the last glacial period (Ahn and Brook, 2014; Bereiter et al., 2012).To investigate how atmospheric CO2 is related with climate change on millennial time scales during MIS 6, we reconstructed 150 samples of atmospheric CO2 data from the EPICA Dome C (EDC) ice core during the MIS 6 period (189.4─135.4 kyr BP). One minor and five major variabilities of atmospheric CO2 during the early MIS 6 period (189─160 kyr BP) were found. These variabilities are highly matched with Antarctic temperature. During the short stadials in the North Atlantic, atmospheric CO2 variations are negligible and decoupled with temperature variations in Dome C. During this period, the strength of upwelling in the southern ocean might not be sufficient to impact on atmospheric CO2. In addition, 2 modes of CO2 variations are present in the MIS 6 period. Carbon dioxide maxima (CDM) 6 lags abrupt warming in the Northern Hemisphere by only 100±360 yrs, while the lags for CDM 3 and 4 are much longer, 1,100±280 yrs on average. Theses 2 modes of CO2 variations might be related with a mode change of AMOC from the earliest MIS 6 to MIS 6.5. These two phenomena also are observed during the last glacial period. However, the limited available proxy data permit only an exploratory discussion of the mechanisms responsible for CO2 variability during MIS6. Because the boundary conditions of the last glacial period cannot be applied to MIS 6, additional proxy data and multiple modelling studies conducted during MIS 6 period are needed.

Alors que le troisième millénaire vient à peine de commencer, il devient de plus en plus évident que les comportements humains ont des impacts directs et indirects sur le système climatique terrestre. Face à ce constat, l'objectif prioritaire est d'améliorer les simulations numériques des modifications futures du climat et de leurs conséquences. Une partie de la réponse se trouve dans l'exploration du passé. <br /><br />L'air extrait des glaces polaires du Groenland et de l'Antarctique constitue un véritable témoin des évolutions passées de l'atmosphère de notre planète. L'exploitation des données issues des carottes de glace a mis en évidence une forte corrélation entre les teneurs atmosphériques en gaz à effet de serre (CO2, CH4, N2O) et la température depuis des centaines de milliers d'années. Ces études ont par ailleurs révélé que les concentrations élevées en gaz à effet de serre aujourd'hui n'ont pas d'équivalent sur les derniers 650'000 ans, dans la limite de résolution des analyses. Enfin, elles offrent l'opportunité de mieux comprendre le lien entre climat et cycles biogéochimiques, responsable des variations passées de ces gaz et susceptible de rétroagir sur le climat futur. <br /><br />Ce travail de thèse a consisté dans un premier temps à analyser à haute résolution temporelle le méthane piégé dans les bulles d'air des récents forages antarctiques EPICA, à Dôme C et à Dronning Maud Land. Ces analyses nous ont permis ensuite (i) de conceptualiser les causes du lien méthane/climat au cours des derniers 800'000 ans et (ii) d'améliorer la chronologie des gaz piégés dans la glace, tout en discutant la séquence des événements climatiques entre les deux hémisphères.<br /><br />Nous concluons que la modulation à basse fréquence des niveaux de méthane est probablement liée à la variabilité de la mousson asiatique et au déplacement de la zone de convergence intertropicale. A cette modulation se superpose l'apport des zones humides des hautes latitudes lors des transitions glaciaires-interglaciaires. A l'échelle millénaire, au cours des huit dernières périodes glaciaires, nous montrons l'omniprésence d'une variabilité climatique rapide et la persistance probable d'un mécanisme de bascule bipolaire, redistribuant l'énergie entre les deux pôles et au sein des forages antarctiques. <br /><br />Le calcul de la différence d'âge entre les bulles d'air et la glace environnante (delta âge) est entaché de larges erreurs pour les conditions climatiques passées. Grâce à la synchronisation des signaux de méthane entre les carottes EPICA, et en utilisant l'anomalie de béryllium-10 associé à l'événement géomagnétique de Laschamp, nous avons pu ré-évaluer ce delta âge et montrer une forte surestimation par le modèle de densification du névé pendant la dernière période glaciaire. Ceci nous conduit à réviser à la baisse le retard du dioxyde de carbone sur la température antarctique en début de transition glaciaire-interglaciaire. Les causes exactes de cette surestimation du delta âge en conditions glaciaires restent indéterminées au terme de la thèse ; mais elles impliquent très probablement à la fois les incertitudes sur les paramètres climatiques d'entrée du modèle (température, accumulation) et la physique de la densification du névé en conditions glaciaires.

Cette these presente l'evolution temporelle des concentrations en metaux lourds (pb, cd, zn et cu) mesurees dans les neiges de Summit (Groenland central) deposées entre 1773 et 1992. Les resultats obtenus mettent en evidence que les activites industrielles ont largement pollue la troposphere de l'hemisphere nord a l'echelle globale. Pour le plomb, nous confirmons et completons pour la premiere fois l'augmentation d'un facteur 200 depuis les niveaux naturels (il y a 8000 ans) observé pour les neiges du milieu des années 1960, mise en evidence par c. Patterson et ses collègues en 1969. L'augmentation observee pour les autres metaux (8 fois pour cd, 5 et 4 fois pour zn et cu) montre pour la première fois l'émergence de la source anthropique sur la période 1773-1970. Malgrè la décroissance très nette des concentrations en plomb (6.3 fois), en cadmium (2,3 fois) et en zinc (1.7 fois) observée sur la periode 1970-1992, les teneurs actuelles en métaux lourds des neiges du Groenland central sont encore supérieures aux concentrations observées pour les glaces de l'Holocène, ce qui prouve que les cycles atmosphériques biogéochimiques sont toujours largement dominés par les émissions d'origine humaine.

Thèse de doctorat : Spectrochimie, molécules, solides, réactivité : Lille 1 : 2001. / N° d'ordre (Lille) : 2993. Résumé en français et en anglais. Textes en français et en anglais. Bibliogr. p. 157-172. Notes bibliogr.