L'étude des données hydrologiques et biogéochimiques (fCO2, CT, nutriments et chlorophylle-a) récoltées entre Hobart et Dumont D'Urville d'octobre à mars (4 trajets en 1996/97 et 8 en 2002/03) montre que :<br />La région subantarctique (43-53°S) est un puits intense de CO2 au printemps comme en été et la variabilité interannuelle n'y semble pas significative.<br />La région située au sud de 62°S présente une forte variabilité spatio-temporelle due en grande partie à l'influence des glaces.<br />La zone ouverte de l'océan Austral (POOZ) présente la variabilité estivale interannuelle la plus importante: En février elle est presque à l'équilibre en 1997 (–0.3 mmol.m-2.j-1) et présente un puits intense en 2003 (–20.6 mmol.m-2.j-1). Une augmentation de la biomasse phytoplanctonique est à l'origine de ce puits. L'exploitation de différents paramètres révèle que l'augmentation de biomasse n'a pas pu être favorisée par une augmentation de SST, ni par un régime mélange/lumière ou par un contenu intégré d'ozone stratosphérique différents. Par contre, les processus à l'origine de cet accroissement semblent être liés à la présence d'un évènement ENSO en 2002/03 et à des apports de fer épisodiques provenant d'Australie.

L’objectif de la thèse s’inscrit dans le cadre de contribuer à l’estimation des paramètres du système des carbonates en Mer Méditerranée, en particulier la pression partielle du CO2 dans l’eau (pCO2sw), l’alcalinité totale (AT), le carbone inorganique total (CT) et le pH. En premier lieu, on a calculé à partir des données des campagnes Boum en 2008 et MedSeA en 2013 les coefficients de mélange des masses d’eau dans les bassins Ouest et Est. L’analyse de ces coefficients nous a permis d’étudier l’évolution des masses d’eau en Mer Méditerranée entre les années 2008 et 2013.En deuxième lieu, on a présenté à partir des données de la mission MedSeA en mai 2013, les résultats des mesures récentes de pCO2sw sur une section longitudinale assez étendue allant du détroit de Gibraltar jusqu’au sous-bassin Levantin. Les résultats ont indiqué que les bassins Ouest et Est sont gouvernés par deux régimes différents de pCO2sw. Ces deux régimes ont été influencés par les propriétés physico-chimiques assez distinctes des deux bassins. A partir des mesures directes de pCO2sw on a calculé les flux journaliers de CO2 à travers l’interface air-mer en mai 2013 et cela pour le trajet couvert par la mission MedSeA. Pour aboutir à une analyse plus globale on s’est référé dans une étude ultérieure, aux données des campagnes Thresholds et MedSeA. On a établit ainsi deux équations pour estimer en mai 2007 et 2013, la pCO2sw à partir des données satellites de température de surface, Chlorophylle_a et l’index de la couleur de la matière organique dissoute. Puis, on a calculé et cartographié les flux air-mer de CO2 en mai 2013 à l’échelle de toute la Mer Méditerranée et pour une résolution spatiale de 4 km.Ensuite, on a établi à partir des données de la mission MedSeA, des régressions linéaires pour estimer l’AT et le CT à partir de la salinité, et cela pour chaque sous-bassin de la Mer Méditerranée et pour plusieurs intervalles de profondeur. Ultérieurement, on s’est concentré aux données physico-chimiques dans les eaux de surface, compilées de plusieurs campagnes océanographiques entre 1998 et 2013. Les équations établies pour estimer l’AT et le CT dans les eaux de surface, ont indiqué que le meilleur polynôme inclue la salinité et la température. Ces polynômes ont été appliqués sur les cartes climatologiques de température et de salinité du World Ocean Atlas, pour cartographier les variabilités spatiales et saisonnières de l’AT et du CT sur une moyenne de 7 ans. En outre, à partir des données de la mission MedSeA, on a estimé les concentrations en carbone anthropique (CANT) et la variation de l’acidification (∆pH) en Mer Méditerranée. Les résultats ont indiqué que la Mer Méditerranée est fortement contaminée par le CANT avec des concentrations bien plus élevées que celles enregistrées dans l’océan Pacifique ou Indien. Le calcul du ∆pH a indiqué que la Mer Méditerranée est déjà acidifiée de la surface jusqu’en profondeur. Enfin, on a présenté un modèle pour prédire le ∆pH en fonction de concentrations théoriques de CANT. On a montré que le seuil en CANT pour lequel l’acidification va fortement s’intensifier en Mer Méditerranée est déjà atteint. Aussi, les eaux profondes des bassins Occidental et Oriental, deviendront très probablement sous saturées par rapport à la calcite et à l’aragonite d’ici la fin du siècle prochain. / The objective of the thesis is to contribute to the estimation of the carbonate system parameters in the Mediterranean Sea, in particular the partial pressure of CO2 in water (pCO2sw), total alkalinity (AT), total inorganic carbon (CT) and pH.The study was initiated by an adequate calculation of the water masses mixing coefficients in the Western and Eastern basins, using data from the Boum and MedSeA cruises in 2008 and 2013, respectively. The analysis of the mixing coefficients, allowed us to study the evolution of water masses in the Mediterranean Sea between the years 2008 and 2013.Subsequently, using data from the 2013 MedSeA cruise, we presented the results of recent measurements of pCO2sw on a wide longitudinal section from the Strait of Gibraltar to the Levantine sub-basin. The results indicated that the Western and Eastern basins were characterized by two different pCO2sw regimes. These regimes were mainly affected by the distinctive physico-chemical properties of each basin. From the direct measurements of pCO2sw we calculated along the track of the MedSeA cruise, the daily CO2 fluxes across the air-sea interface in May 2013. To achieve a more comprehensive analysis, we referred in a consecutive study to the data of the Thresholds and MedSeA cruises. From these data, we provided two equations to estimate in May 2007 and 2013; pCO2sw from satellite data of sea surface temperature, Chlorophyll_a and the chromophoric dissolved organic matter index. Furthermore, we calculated and mapped the air-sea CO2 fluxes in May 2013 across the whole Mediterranean Sea, with a spatial resolution of 4 km.Successively, we established from the MedSeA cruise data, linear regressions to estimate AT and CT from salinity, in each sub-basin of the Mediterranean Sea and for several depths. Later on, we focused on the physico-chemical data in surface waters, compiled from several oceanographic cruises between 1998 and 2013. The equations developed to estimate the AT and CT in surface waters, indicated that it is best to include in these polynomials both salinity and temperature. These polynomials were applied to the climatological fields of salinity and temperature of the World Ocean Atlas, in order to map the spatial and seasonal variability of AT and CT on a 7 years average.Moreover, we estimated from the MedSeA cruise data, the concentrations of anthropogenic carbon (CANT) and the variation of acidification (ΔpH) in the Mediterranean Sea. The results indicated that the Mediterranean Sea is heavily contaminated by CANT, with higher concentrations than those recorded in the Pacific or Indian Ocean. Also, the calculated ΔpH indicated that the Mediterranean Sea is already acidified from the surface to the deep waters. Finally, we presented a model to predict the ΔpH according to theoretical concentrations of CANT. Consequently, we showed that we already reached the tipping point of CANT, for which the acidification will strongly intensify in the Mediterranean Sea. Moreover, the deep waters of the Western and Eastern basins are very likely to become under saturated in calcite and aragonite by the end of the next century.

Les schémas de surface ont été développés dans le but de modéliser les échanges de chaleur et d'humidité entre les surfaces continentales et l'atmosphère. Parmi les éléments constitutifs de ces surfaces, la végétation joue un rôle important dans la dynamique des flux à l'interface. Mon travail de thèse a porté sur l'amélioration de la paramétrisation de la végétation dans le modèle de surface ISBA-A-gs (Calvet et al, 1998). Ce modèle est capable de résoudre les bilans énergétique et hydrique à la surface, de calculer la croissance de la biomasse verte de la végétation, et d'estimer sa surface foliaire en tenant compte des conditions météorologiques. Ce modèle intègre également l'effet de l'augmentation de CO2 atmosphérique dans le fonctionnement de la végétation. Mon travail a porté sur l'élaboration et l'application d'une paramétrisation de l'effet du déficit hydrique sur le fonctionnement des couverts de types ligneux. Pour cela, j'ai repris une méthodologie de type méta-analyse des données de la littérature déjà utilisée par Calvet (2000) dans le cadre des couverts de types herbacés. Un travail d'application et de validation a été mené sur 3 jeux de données continues du réseau de mesure EUROFLUX / CarboEurope correspondant à 3 sites forestiers Européens. Ces données comportent les flux du bilan d'énergie classique associés à la mesure du flux de CO2. J'ai pu de ce fait, tester pour la première fois la capacité du modèle à simuler le cycle diurne du flux de CO2 ainsi qu'à estimer le stockage annuel net de carbone sur ce type de couvert (Rivalland et al., 2005). Enfin, j'ai abordé les potentialités d'une nouvelle version du modèle développée par Calvet et Soussana (2001) dont la particularité est de prendre en compte l'effet de l'enrichissement en CO2 de l'atmosphère sur la croissance de la végétation, associé à la disponibilité du milieu en azote du sol. Cette version sépare les différents compartiments de stockage liés à la croissance de la végétation et ouvre des perspectives dans la modélisation complète du cycle du carbone et des effets du changement climatique sur la végétation. En lien avec ce travail, une méta-analyse ainsi qu'une expérimentation de terrain de fertilisation en azote a été menée dans le but de déterminer les paramètres de plasticité propres à cette version, pour différents types de couverts. Une évaluation des simulations du modèle sur une culture de blé a été menée en comparant avec le modèle de culture STICS de l'INRA.

En Europe, les prairies occupent 25% de la surface du territoire soit près de 40% de la surface agricole utile. De nombreux services écosystémiques dépendent de cet écosystème comme par exemple la production fourragère, un réservoir de diversité végétale et animale et une capacité de stockage de carbone dans les sols. Dans un contexte de changement climatique (augmentation de la température moyenne de l'air et de la concentration atmosphérique en CO2) et de déprise agricole (extensification des prairies de moyenne montagne), les recherches actuelles s'intéressent au maintien des services écosystémiques tels que la capacité de stockage de carbone dans le sol pour limiter l'augmentation de la concentration atmosphérique en CO2, la production fourragère et la conservation de la richesse spécifique. Cette thèse a pour objectif d'observer in situ les effets des principaux déterminants du changement climatique (température de l'air, précipitations, concentration atmosphérique enCO2) sur le fonctionnement du système racinaire et des déterminants du stockage de carbone sur une prairie permanente de moyenne montagne gérée de manière extensive. Cette étude porte sur l'influence d'un scénario de changement climatique prévu à l'horizon 2080 pour le centre de la France. Ce scénario (ACCACIA A2) prévoit une augmentation de la température de l'air de 3.5°C (T) et de la concentration atmosphérique en CO2 de 200 Nmol mol-1 (CO2) et une réduction des précipitations estivales de 20 % (D). La démographie (croissance, mortalité, durée de vie et risque de mortalité) de cohortes racinaires a été suivie durant 3 à 4 ans à l'aide du Minirhizotron. La croissance potentielle des racines dans un ingrowth core a été suivie pendant une année après 4 ans de changement climatique avec en même temps des mesures de décomposition de litière racinaire et de respiration du sol. Après 3 ans d'expérimentation, un effet positif du réchauffement (T) et du changement climatique (TDCO2) a été observé sur la production racinaire, ainsi qu'une baisse de la durée de vie sous réchauffement. Une stimulation de l'allongement des racines (ratio longueur/volume), sous climat réchauffé (T, TD, TDCO2), a certainement permis de favoriser l'absorption en eau et en nutriments. Cependant, après 5 ans d'application des traitements, le réchauffement (T) a diminué la production racinaire et accéléré la décomposition d'une litière standard. L'augmentation du CO2 a permis de compenser l'effet négatif du réchauffement sur la production racinaire. Le changement climatique (TDCO2) a accéléré les entrées mais aussi les sorties (décomposition et respiration accélérées) de carbone du sol. De part, l'effet négatif du réchauffement sur la production aérienne et souterraine sur le moyen terme et sur la demande en nutriment, les matières organiques se sont accumulées dans le sol, contrairement à l'augmentation du CO2 qui a diminué cette quantité. Dans un contexte de changement climatique, la production racinaire semble en partie maintenue ainsi que les stocks de matière organique dans les sols. Les processus souterrains (croissance, mortalité, décomposition) et la respiration du sol se sont accrus. A l'avenir, le bilan de CO2 et des différents gaz à effet de serre pourrait être négatif et accentuer le changement climatique.

En Europe, les prairies occupent 25% de la surface du territoire soit près de 40% de la surface agricole utile. De nombreux services écosystémiques dépendent de cet écosystème comme par exemple la production fourragère, un réservoir de diversité végétale et animale et une capacité de stockage de carbone dans les sols. Dans un contexte de changement climatique (augmentation de la température moyenne de l’air et de la concentration atmosphérique en CO2) et de déprise agricole (extensification des prairies de moyenne montagne), les recherches actuelles s’intéressent au maintien des services écosystémiques tels que la capacité de stockage de carbone dans le sol pour limiter l’augmentation de la concentration atmosphérique en CO2, la production fourragère et la conservation de la richesse spécifique. Cette thèse a pour objectif d’observer in situ les effets des principaux déterminants du changement climatique (température de l’air, précipitations, concentration atmosphérique enCO2) sur le fonctionnement du système racinaire et des déterminants du stockage de carbone sur une prairie permanente de moyenne montagne gérée de manière extensive. Cette étude porte sur l’influence d’un scénario de changement climatique prévu à l’horizon 2080 pour le centre de la France. Ce scénario (ACCACIA A2) prévoit une augmentation de la température de l’air de 3.5°C (T) et de la concentration atmosphérique en CO2 de 200 Nmol mol-1 (CO2) et une réduction des précipitations estivales de 20 % (D). La démographie (croissance, mortalité, durée de vie et risque de mortalité) de cohortes racinaires a été suivie durant 3 à 4 ans à l’aide du Minirhizotron. La croissance potentielle des racines dans un ingrowth core a été suivie pendant une année après 4 ans de changement climatique avec en même temps des mesures de décomposition de litière racinaire et de respiration du sol. Après 3 ans d’expérimentation, un effet positif du réchauffement (T) et du changement climatique (TDCO2) a été observé sur la production racinaire, ainsi qu’une baisse de la durée de vie sous réchauffement. Une stimulation de l’allongement des racines (ratio longueur/volume), sous climat réchauffé (T, TD, TDCO2), a certainement permis de favoriser l’absorption en eau et en nutriments. Cependant, après 5 ans d’application des traitements, le réchauffement (T) a diminué la production racinaire et accéléré la décomposition d’une litière standard. L’augmentation du CO2 a permis de compenser l’effet négatif du réchauffement sur la production racinaire. Le changement climatique (TDCO2) a accéléré les entrées mais aussi les sorties (décomposition et respiration accélérées) de carbone du sol. De part, l’effet négatif du réchauffement sur la production aérienne et souterraine sur le moyen terme et sur la demande en nutriment, les matières organiques se sont accumulées dans le sol, contrairement à l’augmentation du CO2 qui a diminué cette quantité. Dans un contexte de changement climatique, la production racinaire semble en partie maintenue ainsi que les stocks de matière organique dans les sols. Les processus souterrains (croissance, mortalité, décomposition) et la respiration du sol se sont accrus. A l’avenir, le bilan de CO2 et des différents gaz à effet de serre pourrait être négatif et accentuer le changement climatique. / In Europe, grasslands occupy 25% of the land area and nearly 40% of the agricultural area. Many ecosystem services depend on this ecosystem such as forage production, reservoir of plant and animal diversity and ability of carbone storage in soils. In a context of climate change and agricultural abandonment (extensification of grassland in upland), current research interest to estimate the storage capacity of carbon in the soil with the maintenance of ecosystem services. This thesis aims to observe in situ the effects of major determinants of climate change(air temperature, precipitation, atmospheric CO2 concentration) on the functioning of the root system and determinants of carbon storage on extensive permanent grasslands. This study examines the influence of projected climate change scenario by 2080 for the center of France. This scenario (Accacia A2) provides an increase in air temperature of 3.5°C (T) and atmospheric CO2 concentration of 200 Nmol mol-1 (CO2) and a reduction in summerprecipitation by 20% (D). A follow-up of root cohorts for 3 to 4 years with the Minirhizotron is performed to monitor the demography (growth, mortality, life span and risk of mortality). The potential growth in ingrowth core is followed over a year after 4 years of climate change along with measures of root litter decomposition and soil respiration. After 3 years of experiment, we observed a positive effect of air warming (T) and climate change (TDCO2) on root production and climate change and a decreasing of root life span under air warming. An increasing of root fineness under warmed conditions (T, TD,TDCO2) should facilitate nutrients and water uptake. After 5 years of experiment, air warming (T) decreases the root production, root life span and accelerates decomposition of root litter. The increase in CO2 offset the negative effect of air warming on production. Climate change (TDCO2) accelerates the inputs but also outputs (decomposition and respiration were accelerated) in soil carbon. With the negative effect of air warming on above and belowground production in the medium term and nutrient demand, organic matter accumulated in the soil, whereas the increase of atmospheric CO2 concentration has reduced this amount. In a context of climate change, root production and the stock of organic matter in soils seems to be partly retained. However, with the acceleration of belowground process (growth, mortality, decomposition), soil respiration was increased. The CO2 and the others greenhouse gas emissions balance could be negative and accentuate climate change in the future.

La respiration du sol (Rs) en milieu forestier est influencée par les conditions hydroclimatiques du sol ainsi que par la composition en espèces et la qualité de la litière. La hausse des températures et les changements dans les patrons de précipitation, attendus en contexte de changements climatiques, ont donc un fort potentiel de modifier Rs et ainsi, la concentration de CO2 atmosphérique. En ce sens, ce projet de recherche visait tout d’abord à étudier l’effet d’un réchauffement et d’un assèchement artificiels des sols sur Rs, puis à évaluer si la réponse des sols au chauffage allait varier selon le type de couvert forestier. Nous avons échantillonné le flux gazeux des sols sur deux ans dans trois peuplements d'une forêt tempérée décidue à sa limite nordique. Les résultats ont démontré une faible accentuation de Rs en réponse au chauffage, mais seulement jusqu’à un seuil de température du sol d’environ 15°C à partir duquel l’effet positif du chauffage s’estompe, voire s’inverse. Cependant, cette tendance n’était pas systématique puisque les trois peuplements ont démontré une sensibilité différente au chauffage, l’érablière à hêtre étant beaucoup plus sensible que la forêt mixte et l’érablière à bouleau. Ce qui était toutefois commun aux trois peuplements, c’est l’affaiblissement de l’influence de la température sur Rs passé le seuil de 15°C. Outre la température du sol, l’intégration d’autres variables, comme la teneur en eau, l’activité ionique en N, P et Ca de la solution de sol et la présence de conifères au modèle cherchant à expliquer la variabilité de Rs, n’a pas augmenté la puissance explicative du modèle, et ce pour aucun des traitements ou des peuplements. Les résultats de cette étude suggèrent néanmoins un élément intéressant, soit le plafonnement potentiel de Rs malgré la hausse des températures. Ceci apporte un questionnement quant à la magnitude de la rétroaction positive entre le cycle du carbone terrestre et le système climatique. / Forest soil respiration (Rs) is driven by soil hydroclimatic conditions as well as species composition and litter quality. Rising temperatures and changes in precipitation patterns, expected in the context of climate change, therefore have a strong potential to modify Rs and thus the concentration of atmospheric CO2. This research aimed to study the effect of artificial heating and drying of soils on Rs, and to assess whether the response of soils to heating would vary according to the type of forest cover. We sampled soil gas flux over two years in three stands of a temperate deciduous forest at its northern edge. The results demonstrated a weak accentuation of Rs in response to heating, but only up to a soil temperature threshold of about 15°C, where the positive heating effect decreases or is even reversed. However, this trend was not systematic since the three stands demonstrated a different sensitivity to heating, the maple-beech forest being much more sensitive than the mixed forest and the maple-birch forest. Yet, what was common to the three stands was the decrease of the influence of temperature on Rs above the threshold of 15°C. In addition to soil temperature, the integration of other variables, such as water content, ionic activity in N, P and Ca of the soil solution and the presence of conifers in the model seeking to explain the variability of Rs, did not increase the explanatory power of the model for any of the treatments or stands. The results of this study highlight a potential capping of Rs despite the increase in temperatures. They bring questions regarding the magnitude of the positive feedback between the terrestrial carbon cycle and the climate system.

L'objectif principal de ce travail est d'évaluer si l'amendement calco-magnésien de deux bassins versants acidifiés du massif vosgien (un sur grès et un sur granite) engendre des changements de la morphologie des humus, de l'abondance et de la diversité de la mésofaune, de la biomasse fongique, du stockage de carbone dans les horizons organiques 5 et 7 ans après l'amendement. Par ailleurs, nous avons effectué une étude dans des conditions contrôlées de laboratoire en utilisant des microcosmes contenant les horizons organiques du sol provenant de bassins versants acidifiés sur grès et sur granite afin d'évaluer les effets à court terme de l'amendement. Les résultats indiquent que les effets de l'amendement sont beaucoup plus marqués sur le substrat le plus acide. À court terme, sur substrat gréseux, nous observons une diminution de l'abondance de la mésofaune puis une augmentation de celle-ci 5 ans après l'amendement avant de ne montrer plus aucun effet 7 ans après l'épandage. L'effet inverse ou aucun effet n'est par contre observé sur substrat granitique. Le contenu en Ca et Mg de l'horizon OL a augmenté avec l'amendement, mais cet effet n'est également significatif que sur grès. La biomasse fongique du sol n'a pas été affectée par le chaulage, mais est significativement plus élevée sur granite que sur grès. Le chaulage a augmenté l'épaisseur de l'horizon OH sur grès alors qu'il a diminué l'épaisseur de l'horizon OL sur granite, probablement en relation avec les modifications de l'activité biologique (mésofaune ou microorganismes). Enfin, sur substrat gréseux, le stock de carbone de l'humus a augmenté du fait d'un épaississement notable de l'horizon OH avec le chaulage. / The main objective of this work is to assess the consequences of calco-magnesium liming on two acidified forested catchments in Vosges Mountain (sandstone and granite) on humus morphology, abundance and diversity of mesofauna, fungal biomass and carbon storage in organic horizons 5 and 7 years after liming. Moreover, we performed a study to verify under laboratories conditions by using microcosms filled with soil from acidified catchments lying on sandstone and granite in order to study the short-term effect of calco-magnesium liming. During the two field campaigns, we determined calcium and magnesium contents of OL horizon, pH, humus morphology, mesofauna abundance and diversity, fungal biomass, soil carbon storage of organic layers OL, OF and OH.Results indicated that calco-magnesium liming affects studied parameters in different ways according to elapsed time after liming and the geological substrate (sandstone and granite), the more acidic catchment (sandstone) showing the most remarkable reaction. Results of immediate effects of liming showed a decrease of mesofauna abundance and then gradually increasing tendencies in field campaigns after 5 years while no effect after 7 years after liming. The opposite or no effects were observed on granite substrate. Ca and Mg contents in OL horizon increased by liming but this effect were only significant on sandstone substrate. Soil fungal biomass was not affected by liming but was significantly higher on granite substrate than sandstone. Liming increased the OH horizon thickness on sandstone while decreased the OL horizon on granite, under the influence of biological activity (mesofauna vs microorganisms).

Les tourbières représentent 2 à 3% des terres émergées et stockent entre 10 et 25% du carbone des sols. Les tourbières sont soumises à des contraintes anthropiques et climatiques importantes qui posent la question de la pérennité de leur fonctionnement en puits de C et de leur stock. Une meilleure compréhension de ces écosystèmes est nécessaire pour déterminer les facteurs et les effets et interactions de ces facteurs sur les émissions de gaz à effet de serre (GES). Ce travail a consisté à suivre les émissions de GES et les facteurs contrôlant dans La tourbière de La Guette (Sologne) pour établir son bilan de C. En parallèle des expérimentations sur l’effet de l’hydrologie sur les flux ont été menées, enfin un suivi sur 4 sites a été réalisé pour étudier la variabilité à l’échelle journalière. Les résultats de ces travaux montrent que la tourbière de La Guette a fonctionné en source de C (-220 ± 33 gC m-2 an-1) et ce malgré un niveau de nappe élevé. Ils montrent également l’importance de la variabilité spatiale des flux estimés à l’échelle d’un site. Les expérimentations confirment l’importance de l’hydrologie et suggèrent à haut niveau de nappe d’eau des phénomènes liés au transport des gaz. Enfin l’étude de la variabilité journalière montre que la sensibilité de la respiration à la température peut être différente le jour et la nuit et que la synchronisation entre les températures du sol et la respiration peuvent améliorer la représentation de cette dernière. / Peatlands cover only 2 to 3% of the land area but store between 10 and 25% of the soil carbon. The outcome of the anthropic and climatic pressure on these ecosystems is uncertain regarding their functions and storage. A better understanding of these ecosystems is needed to determine the factors and their interactions on greenhouse gas (GHG) emission. This work consist in monitoring GHG emissions and controlling factors in a Sphagnum peatland to estimate its carbon balance. Experimentation on mesocosms were carried out to explore the effect of hydrology on the fluxes and a monitoring on 4 sites was made to study the daily variability. Results show that La Guette peatland was a carbon source (-220 ± 33 gC m-2 an-1) in spite of the high water table level. The importance of the spatial variability measured in the site was also demonstrate. The hydrology effect was confirmed by the mesocosms experiments and high water table level shows that gas transport might have an effect. Finally the study of the daily variability show that the temperature sensitivity of the respiration might be different between day and night and that synchronizing soil temperatures and respiration can improve the respiration representation.

Le rôle des écosystèmes agricoles - représentant environ 1/3 des terres émergées - dans la régulation du cycle du carbone est une question cruciale posée par la société aux scientifiques. L'étude de la respiration du sol, de ses composantes et de ses mécanismes doit permettre de fixer les bases de la compréhension du fonctionnement carboné du sol puis de l'écosystème agricole en lien avec les questions de réduction des émissions et de stockage de carbone atmosphérique. Les échanges de carbone du sol font d'ailleurs l'objet d'efforts de recherche récents très poussés, tant leur dynamique et leur variabilité sont encore mal connues. Aujourd'hui, il est difficile d'estimer l'efficacité des pratiques expérimentales et aucune méthode n'a encore été reconnue comme référence. La compréhension des sources des émissions et de leurs fluctuations est cruciale pour l'estimation du potentiel de séquestration du carbone par les sols agricoles via l'application de pratiques culturales appropriées. Dans ce contexte, la modélisation s'avère être un outil incontournable pour quantifier les flux (approche empirique) mais aussi pour orienter les recherches vers des domaines où la faible compréhension des mécanismes rend aléatoire l'établissement du bilan carboné (approche mécaniste). La démarche retenue pour ce travail fait appel à la modélisation théorique selon deux approches (empirique et mécaniste) définies pour satisfaire à différents compromis entre précision, généricité et réalité. Le développement de modèles empiriques, sur 5 sites d'étude aux conditions pédoclimatiques différentes, montre l'importance de lier la respiration à plusieurs facteurs abiotiques et biotiques afin d'obtenir des prédictions génériques et robustes. Ainsi, un modèle de respiration hétérotrophe Rh paramétré à l'aide des variables climatiques de température Ts et d'humidité θs s'est avéré convaincant alors que la modélisation de la respiration du sol Rs n'a pu être satisfaisante qu'à condition de prendre en compte un indice de croissance de végétation supplémentaire (GPP). L'approche empirique n'a cependant pas permis d'évaluer correctement les contributions des différentes composantes de Rs. Le modèle semi-mécaniste décrivant finement les processus a été validé sur 3 sites aux conditions pédoclimatiques contrastées et a permis l'estimation des contributions des sources hétérotrophe et autotrophe au sein de la respiration du sol. Ainsi, Rh représente entre 63 % et 66 % de Rs pour une saison de culture de blé d'hiver et entre 52 % et 56 % de Rs pour une saison de culture de blé de printemps. La contribution de la respiration du sol dans le bilan écosystémique est évaluée entre 33% et 43% pour une culture de blé d'hiver et à hauteur de 50 % pour du blé de printemps. Ce modèle, une fois développé pour intégrer différentes pratiques culturales (fertilisation et travail du sol), a aussi permis de démontrer que les dynamiques de stockage/déstockage du carbone du sol et des émissions de CO2 du sol sont davantage conditionnées par l'apport de matières organiques (fumier, résidus de cultures) que par le travail du sol lui-même.

Cette thèse constitue une étude de référence sur la qualité des ressources hydriques du bassin versant du fleuve Ibrahim au Liban, notamment avant la construction d’un grand barrage (Jannah). Pour ce faire, 7 stations (NI7 à NI1) ont été sélectionnées de l’amont vers l’aval sur l’Ibrahim et ses sources karstiques. L’ensemble des sept sous bassins a été caractérisé d’un point de vue hydroclimatologie et états de surface (sols, végétation, cultures, géologie, relief). Les débits mesurés à l’amont (2 stations) et à l’aval (1 station) nous ont permis de reconstituer les débits des autres stations intermédiaires grâce à des relations débits-surfaces spécifiques. À partir de prélèvements et d’analyses chimiques de la composition des eaux tout au long d’un cycle hydrologique et avec une fréquence mensuelle, les flux de matières exportées en solution par l’Ibrahim ont été estimés à 122 372 t/an. 80% de ce tonnage est exporté durant la période des hautes eaux. À partir de ce tonnage, on a pu estimer que l’altération chimique des roches carbonatées sur l’ensemble du bassin s’effectue à la vitesse de 81 cm/10000 ans. Cette altération consomme un flux élevé de CO2 typique des régions carbonatées soumises à un drainage intense (1500 mm/an), soit 2,23 x106 moles/km2/an de CO2. L’analyse de la concentration en éléments traces dans les sédiments de fond des cours d’eau, intégrateurs des transports solides, en hautes eaux et en basses eaux, montre des concentrations élevées pour le Sc, V, Cr, Co, Ni, Ga et Cu en passant de NI5 jusqu’à NI2. L’évaluation du degré de cette contamination et de sa variation spatio-temporelle a été effectuée grâce au facteur d’enrichissement en normalisant par rapport à l’aluminium et en prenant les sédiments de la station amont NI7 (source karstique) considérés comme peu ou pas contaminés en ET, comme fond géochimique naturel. Des teneurs élevées en Zn, Pb, Cu et d’autres éléments traces montrent que dans cette région où les activités industrielles, agricoles, et urbaines sont développées, il existe un apport anthropique non négligeable en éléments métalliques. Mais cette contamination reste modérée / Throughout the study framework conducted on the quality of the water resources in the Ibrahim River watershed in Lebanon (notably before the construction of a large dam, Jannah), 7 stations (NI7 to NI1) were selected, from upstream to downstream, including its karst springs. Hydroclimatological and specific catchment characteristics (such as land cover use, geology, hydrology, soil and topography) where characterized for the whole seven sub-basins respectively. Discharge data from the sources (2 stations) and the basin outlet (1 station) enhanced our study to determine and further calculate the discharge of other stations. Sampling and analyzing the chemical composition of water collected monthly during one hydrological cycle allowed us to determine the amount of dissolved material carried by the Ibrahim River. The river flux of dissolved material was estimated at 122 372 tons / year of which 80% of is exported during high flow season. Therefore this flux allowed us to estimate the rate of chemical weathering of carbonate rocks across the basin at 81 cm / 10000 years. This alteration consumes a high flux of CO2 (around 2,23x106 moles/km2/year of CO2) typical for carbonate regions subject to intense drainage (1500 mm). The analysis for the concentration of trace elements in fluvial sediments for the Ibrahim River for the low and high flow periods shows high concentrations of Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu and Ga in the from NI5 station up to NI2. The assessment of the extent of the contamination and its spatio-temporal variation was conducted using the enrichment factor by normalizing to aluminium concentration and using the element concentrations in the sediments of station NI7 (karstic sspring) considered as the natural geochemical background for this catchment. High levels of Zn, Pb, Cu and other traces of noticeable elements show that in this region where industrial, agricultural and urban activities are developed, there is a significant anthropogenic contribution for some metallic elements; thus the trace element contamination remains moderate.