Ce travail de recherche traite de l'impact des activités lombriciennes sur (1) la qualité des eaux de percolation et notamment leur charge en éléments traces métalliques (Cu, Cd, Pb et Zn) et (2) de la redistribution de ces éléments au sein des microsites particuliers du sol (turricules et parois de galeries). Le rôle des lombriciens sur la dynamique des éléments traces métalliques est étudié au laboratoire sur deux espèces Lumbricus terrestris et Nicodrilus giardi en présence ou en l'absence de pollution métallique constituée par un apport de boue de station d'épuration. Les flux d'éléments traces métalliques via les eaux de percolation augmentent en présence de lombriciens. Cette augmentation est due à un processus physique induis par la présence de galeries lombriciennes qui vont favoriser l'écoulement des eaux. Les galeries sont des microsites particuliers ou se déroulent des processus physico-chimiques susceptibles de changer la spéciation des ETM et ainsi de favoriser leur entraînement via les eaux de percolation. Cependant au cours de notre expérimentation aucun processus physico-chimique n'a pu être mis en évidence concernant la qualité des eaux de percolation. La redistribution des ETM au sein des microsites est étudiée au moyen de deux techniques complémentaires : les extractions chimiques et le fractionnement granulo-densimétrique. Ces deux techniques mettent en exergue une redistribution des ETM au sein des microsites, impliquant un changement de spéciation vers des espèces plus labiles. Deux types de redistributions sont identifiés : • Une redistribution liée au comportement alimentaire du ver qui va sélectionner des particules de sol plus ou moins contaminées et ainsi déterminer la concentration et la distribution des ETM au sein des turricules et galeries. • Une redistribution « physico-chimique » liée aux propriétés particulières des microsites (variation de pH, taux d'argile, ...). La redistribution physico-chimique est dans le cadre de nos expérimentations le plus souvent masquée par la redistribution dite « alimentaire ». Ce travail de recherche traite de l'impact des activités lombriciennes sur (1) la qualité des eaux de percolation et notamment leur charge en éléments traces métalliques (Cu, Cd, Pb et Zn) et (2) de la redistribution de ces éléments au sein des microsites particuliers du sol (turricules et parois de galeries). Le rôle des lombriciens sur la dynamique des éléments traces métalliques est étudié au laboratoire sur deux espèces Lumbricus terrestris et Nicodrilus giardi en présence ou en l'absence de pollution métallique constitué par un apport de boue de station d'épuration. Les flux d'éléments traces métalliques via les eaux de percolation augmentent en présence de lombriciens. Cette augmentation est due à un processus physique induis par la présence de galeries lombriciennes qui va favoriser l'écoulement des eaux. Les galeries sont des microsites particuliers ou se déroulent des processus physico-chimiques susceptibles de changer la spéciation des ETM et ainsi de favoriser leur entraînement via les eaux de percolation. Cependant au cours de notre expérimentation aucun processus physico-chimique n'a pu être mis en évidence concernant la qualité des eaux de percolation. La redistribution des ETM au sein des microsites est étudiée au moyen de deux techniques complémentaires : les extractions chimiques et le fractionnement granulo-densimétrique. Ces deux techniques mettent en exergue une redistribution des ETM au sein des microsites, impliquant un changement de spéciation vers des espèces plus labile. Deux types de redistribution sont identifiés : • Une redistribution liée au comportement alimentaire du ver qui va sélectionner des particules de sol plus ou moins contaminées et ainsi déterminer la concentration et la distribution des ETM au sein des turricules et galeries. • Une redistribution « physico-chimique » lié aux propriétés particulières des microsites (variation de pH, taux d'argile, ...).

Ces travaux de thèse, répondent à la problématique liée à la sécurité incendie des bâtiments ventilés naturellement, et notamment au comportement des fumées chaudes lorsqu’elles interagissent avec le vent. Le premier chapitre concerne la mise en exergue de la problématique bâtimentaire, au travers de la présentation des moteurs de la ventilation naturelle, d’une analyse règlementaire croisée sécurité incendie / confort thermique, et de multiples retours d’expériences. La nécessité d’étudier les régimes d’écoulement interne lorsque le vent interagit avec la fumée est mise en évidence. Ainsi, dans le second chapitre, les verrous scientifiques, associés à l’identification des régimes d’écoulement en convection mixte, sont soulevés à l’aide d’une analyse de la littérature. Dans le troisième chapitre, nous nous intéressons à la caractérisation des régimes d’écoulement internes lorsque le vent oppose le tirage thermique dans un volume contenant une source constante générant les forces de flottabilité. Une expérimentation densimétrique, air/hélium, à échelle réduite est proposée. Trois régimes d’écoulement internes stables sont mis en évidence. Les transitions entre ces régimes sont caractérisées par une loi puissance, mettant en jeu le nombre de Froude, relatif à la source générant les forces de flottabilité, et le rapport entre la pression dynamique de la source et celle du vent. Dans le quatrième chapitre, ces régimes sont également identifiés, expérimentalement et numériquement, lors de la vidange de fluide léger lorsque le vent oppose le tirage thermique. Une relation entre le nombre de Richardson et un temps de vidange caractéristique est identifiée. L’étude numérique nous permet d’analyser des dynamiques particulières de vidange de manière quantitative. Dans la dernière partie, les lois de transitions entre régimes d’écoulement permettent d’introduire un indicateur de sécurité dépendant des conditions de vent. Une méthode d’analyse, qui considère à la fois la sécurité et le confort, est alors proposée pour éviter les conflits mis en avant dans les retours d’expériences du chapitre 1. / This thesis work presents deals with the issue of fire safety consideration in naturally ventilated buildings. The particular case of the interaction between the wind and hot smoke movement is pinpointed. In the first chapter, basics of natural ventilation mechanisms are shown. Then, the analysis of building’s regulations, relating to fire safety and thermal comfort, allows to highlight potential conflicts and normative gaps. Theses gaps and conflicts are illustrated through real buildings feedbacks. The challenge of indoor flow pattern studies for safety purpose is hence underline. In the second chapter, scientific’s barriers in relation with the transitions between existing flow pattern, when wind and buoyancy are opposed, are identified thought a literature review. A scaled experiment is proposed in the third chapter, using density difference between air and helium, to identify internal flow pattern when wind opposes buoyancy. Three stable internal flow patterns are identified. A power law characterizing the transitions between identified flow pattern, involving source Froude number and dynamic pressure ratio between source jet and wind, is found. In the fourth chapter, the identified flow pattern are observed when the tested volume is emptied, and a relation between the initial Richardson number Ri and the characteristic emptied time θ is found. Furthermore, specific behaviour of internal flow, when the volume is emptied, is quantitatively study thanks to a numerical model. In the last part of this thesis, transitions law between internal flow patterns allows to introduce a new wind dependent fire safety index. A methodology is then proposed to both analyse fire safety and thermal comfort in building. The presented method gives the opportunity to avoid conception conflicts underlined in the first chapter of the present work.

Stocker du carbone (C) dans le sol représente à la fois des enjeux agronomiques (amélioration des propriétés physico-chimiques du sol) et environnementaux (réduction de la quantité de C02 atmosphérique). A Madagascar, le stockage et la protection de C dans le sol, sous systèmes de culture en semis direct avec couverture végétale (SCY) sont étudiés sur un dispositif de longue durée (11 ans) de la région d'Antsirabe, Hautes Terres malgaches). Quatre systèmes sont étudiés: un système en labour conventionnel (Conventional-tillage) [CT mis, rotation maïs {Zea mays L.)-soja (Glycine max. L.)]. et trois systèmes en SCY sans travail du sol (No-tillage, NT) [NT mis, rotation maïs-soja; NT rn/m-d. rotation maïs-maïs avec une couverture végétale de Desmodium uncinatum ; et NT h/s-k. rotation haricot (Phaseolus vulgaris)-soja avec une couverture de Pennissetum c/andestinum]. Les résidus de récoltes sont exportés de la parcelle pour CT mis alors qu'ils sont restitués pour les NT. Les résultats montrent des teneurs en C significativement plus élevées sous systèmes NT par rapport à CT à 0-5 et 5-10 cm de profondeur. Au-delà de 10 cm de profondeur. les deux modes de gestion ne sont plus différents. Les valeurs de stocks de C à masse équivalente indiquent des stockages annuels élevés pour les systèmes NT étudiés. de 0.7 à 1,0 Mg C.haI.anI pour la couche de 0-20 cm. Ce stockage annuel élevé sous systèmes NT est en grande partie attribué à l'importante quantité de biomasse restituée par ces systèmes. par rapport au système labouré. Les teneurs en C élevées sous NT s'accompagnent d'une teneur élevée en macroagrégats (MA) stables à l'eau, de 16 à 33 % plus élevée par rapport à CT, à 0-5 et 5-10 cm. Ces macroagrégats stables contribuent à plus de 80 % à la différence de teneur en Centre systèmes NT et CT. Ceci pourrait induire une protection physique du C se trouvant à l'intérieur des agrégats contre la minéralisation microbienne. Les fractionnements granulo-densimétriques effectués sur ces échantillons permettent de localiser le C stocké sous NT. A 0-5 cm, 30 à 40 % du C stocké sont associés aux matières organiques particulaires internes aux agrégats stables (MOPi) de taille supérieure à 50 urn et 40 à 60 % aux fractions fines de taille inférieure à 50 urn, A 5-10 cm, 60 à 90 % du C stocké sont localisés dans les fractions fines " 50 urn) du sol. Si la matière organique associée aux fractions fines du sol est protégée physico-chimiquement contre la minéralisation microbienne par son adsorption sur les particules minérales du sol. les MOPi sont protégées physiquement par leur emprisonnement à l'intérieur des agrégats. Par ailleurs, la déprotection de ces MOPi, par broyage grossier " 200 urn) du sol total ou par broyage fin " 50 urn) des macro- et mésoagrégats, ne révèle. qu'une faible quantité de C protégé physiquement (de 26,2 à 54,0 I-lgC.g-1 sol). Ceci pourrait s'expliquer par le fait que ces MOPi, comme le montrent les observations au microscopie électronique à balayage, sont recouvertes et imprégnées de fractions fines qui les protègent physico-chimiquement contre la minéralisation microbienne malgré la destruction des agrégats. En conclusion. pour le sol argileux considéré ici, les systèmes SCY testés s'avèrent très efficaces pour stocker du C dans le sol. Ce C stocké est relativement stabilisé puisqu'H est protégé, au moins physico-chimiquement. contre la minéralisation microbienne.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants persistants retrouvés majoritairement dans l’environnement, qui sont reconnus comme hautement toxiques pour les organismes vivants. Les nombreux travaux réalisés sur les mécanismes contrôlant l’évolution des HAP dans le sol et dans la rhizosphère ont mis en exergue le rôle majeur de la biodégradation par les microorganismes et de la sorption aux constituants du sol. Néanmoins, un manque d’informations persiste concernant le devenir de ces HAP dans le sol, et plus particulièrement leur localisation dans les compartiments du sol ainsi que la nature et le comportement des composés issus de leur dégradation. La thèse avait donc comme principaux objectifs : (a) la localisation des HAP et des produits dérivés dans les compartiments du sol (matières organiques, phases minérales, microorganismes et plante), et (b) la quantification et l’identification des composés organiques formant les résidus liés du sol. Pour cela, nous avons couplé deux approches:(i) le suivi d’un HAP modèle marqué, le 13C-phénanthrène (13C-PHE), dans un sol artificiellement contaminé planté et non planté pour notamment déterminer par IRMS et NanoSIMS la distribution du C issu du PHE dans les compartiments et pour identifier les composés dérivés du 13C-PHE par 13C-RMN et TD/pyGCMS. (ii) le suivi d’une contamination ancienne et récente en HAP dans un sol historiquement contaminé pour étudier l’influence des matières organiques et des phases minérales (séparées par un fractionnement densimétrique) dans la rétention des HAP. Plus de 40% du C issu du 13C-PHE est retenu dans le sol après 14 jours de croissance du ray-grass. L’enrichissement en 13C observé dans la plante est du même ordre que celui du sol (E13C ≈ 0.04 % at.) démontrant une incorporation homogène du 13C-PHE entre la plante et le sol. Cet enrichissement global dans la plante est confirmé par les images NanoSIMS réalisées sur les racines. Des hotspots en 13C ont également été observés dans la rhizosphère, et à partir de leur taille, leur forme et leur composition élémentaire en C, N et S ils ont été identifiés comme étant des bactéries, ce qui met en avant leur rôle dans la dynamique des HAP du sol. Dans le sol industriel, la majorité des HAP est retrouvée dans les MO non complexées aux minéraux. En revanche, les HAP fraîchement ajoutés se sont significativement liés aux associations organo-minérales composées de quartz, de feldspaths et de phyllosilicates / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are major persistent pollutants in the environment that are recognized as highly toxic to living organisms. Numerous studies were carried out on the fate of PAHs in soil and in plant rhizosphere and highlighted the major contribution of biodegradation processes and of the sorption to soil constituents. However, a lack of knowledge remains about the fate of PAHs in the soil and especially their location in soil compartments as well as the nature and the behavior of degradation products. The main objectives of the thesis were: (a) to localize PAHs and their derived products within soil compartments (organic matter, minerals, microorganisms and plant), and (b) to quantify and identify the organic compounds forming bound residues. For this purpose, we used two approaches: (i) the monitoring of a labeled PAH, the 13C-phenanthrene (13C-PHE), in a spiked soil planted or not to determine by IRMS and NanoSIMS the 13C-distribution into compartments and to identify derived compounds of 13C-PHE by 13C-RMN et TD/pyGCMS. (ii) the distribution and localization of aged and freshly spiked PAH contamination in a brownfield soil to study the impact of organic matter and minerals (using soil densimetric fractionation) in the PAH retention. More than 40% of C from 13C-PHE remained in the soil after 14 days of ryegrass growth. The 13C-enrichment in plant tissue was similarly to the soil enrichment (E13C ≈ 0.04 at.%) indicating uniform uptake of 13C-PHE between the soil and plant. NanoSIMS images acquired for roots confirmed this global enrichment in the plant. 13C-Hospots were also observed in the rhizosphere, and on the basis on their size, their shape and their elemental composition in C, N and S, they were identified as bacteria, which emphasize their contribution to the fate of PAHs in soil. In the industrial soil, most of the PAHs were found attached to the free OM. However, the freshly spiked PAHs in the soil were significantly associated with organo-mineral associations containing quartz, feldspars and phyllosilicates