Les molécules marquées par des isotopes de l’hydrogène possèdent de nombreuses applications dans divers domaines tels que la chimie, la biologie ou en science des matériaux. Dans le domaine de la recherche de nouveaux médicaments, les études liées à la pharmacocinétique nécessitent un accès rapide à des molécules marquées afin de ne pas impacter les coûts et les délais de développement. Le développement de la métabolomique a aussi entrainé une augmentation du besoin en molécules marquées isotopiquement. En effet, les molécules deuterées peuvent être utilisées en tant qu’étalons internes pour la quantification rapide des métabolites présents dans des tissus ou des fluides biologiques. La première partie de cette thèse concerne le développement d’une méthode générale de marquage de motifs de type thioéther dans des molécules complexes à l’aide d’une nouvelle réaction d’échange isotopique (catalysée par des nanoparticules de Ruthénium). D’un point de vue fondamental cette transformation représente le premier exemple de (Csp³)-H activation dirigée par un atome de soufre. En termes d’application, cette nouvelle réaction permet la synthèse rapide d’étalons internes pour la quantification LC-MS/MS et le marquage tritium de molécules complexes. La seconde partie de cette thèse relate le développement d’une nouvelle méthode d’homocouplage de phénylpyridines catalysée par Ru/C. Différents substrats comportant des substituants riches et pauvres en électron ont été couplés avec de bons rendements. Ces dimères ont ensuite été utilisés pour synthétiser de nouveaux complexes de bore dont les propriétés photophysiques ont été étudiées. Dans une troisième partie, la mise au point d’une réaction palladocatalysée permettant d’obtenir des molécules polycycliques contenant un motif de type pyridine est développée. / Deuterated and tritiated compounds are widely used in numerous applications in chemistry, biology and material science. In the drug discovery and development process, ADME studies require quick access to labelled molecules, otherwise the drug development costs and timeline are significantly impacted. The rapid development of metabolomics has also increased the need for isotopically labelled compounds. In particular, deuterated molecules are used as internal standards for quantitative LC-MS/MS analysis of metabolites in biological fluids and tissues. In this context, a general method allowing the deuterium and tritium labelling of bioactive thioethers using a HIE reaction is described in the first chapter. From a fundamental point of view, this transformation is the first example of (Csp³)-H activation directed by a sulfur atom. In terms of application, this new reaction has been proved to be useful for the preparation of deuterated LC-MS/MS reference materials and tritiated pharmaceuticals owning high specific activity.In the second chapter of this manuscript, the development of a method allowing the cross-dehydrogenative homocoupling of 2-arylpyridines catalyzed by Ru/C is developed. Various substrates with different substituents were efficiently coupled to give the desired dimers in good yield. In terms of application, a series of pyridine-boron complexes derived from the phenyl pyridine dimers were also synthesized and their photophysical properties were studied.In the third chapter, a regioselective palladium catalyzed intramolecular arylation reaction allowing the synthesis of pyridine containing polycyclic compounds is described.

Dans la région de Tahoua (Niger), qui fait partie du bassin des Iullemeden, le système aquifère multicouche profond du Continental Intercalaire/Hamadien (CI/H) représente une réserve essentielle. Il est utilisé pour l'alimentation en eau potable des populations, pour les besoins en eau des industries extractives, et pour l'abreuvage du bétail, en raison de la dégradation de la qualité et le très faible débit des nappes phréatiques, et de celles du Crétacé supérieur. Malgré quelques études hydrogéologiques classiques conduites sur ce système aquifère, il reste mal connu, notamment en ce qui concerne la répartition des différentes masses d'eau et leurs temps de résidence/renouvellement. Cette étude, principalement fondée sur une approche hydrogéochimique et isotopique, vise à améliorer les connaissances sur le système aquifère du CI/H afin d'optimiser sa gestion durable. Les données ont été obtenues à partir de cartes géologiques et des fiches techniques de forage, de diagraphie, et d'essais de pompage. En outre, des échantillons d'eau ont été prélevés dans 30 forages répartis régulièrement dans la zone d'étude (114 425 km2). Des paramètres (pH, t et CE) ont été mesurés in situ et les échantillons ont été acheminés au laboratoire GEOPS où des analyses chimiques (ions majeurs) et isotopiques (18O, 2H, 13C, 14C) ont été effectuées. À partir des coupes géologiques, la couche du CH est présente au-dessus des couches CI dans la partie sud de la région mais pas dans la partie nord. Cependant, la piézométrie est continue sur toute la région. Dans la partie située au nord (au-dessus de 16°N), les lignes d'écoulement sont dirigées des affleurements du CI (est) vers l'ouest, et dans la partie située au sud (au-dessous de 16°N), des affleurements du CH (nord-est) vers le sud-ouest. La teneur en isotopes stables de l'eau (vs V-SMOW) varie de -8 à -7 ‰ pour 18O et de -59 à -48 ‰ pour 2H dans la partie nord (CI) et de -6 à -5 ‰ pour 18O et - 51 à -41 ‰ pour 2H dans la partie sud (CH), montrant deux masses d'eau différentes. Toutes ces teneurs sont très inférieures à celles correspondant aux précipitations actuelles, qui ne contribuent donc pas significativement à la recharge. Ceci est en accord avec les "âges" des eaux souterraines (5 à 36 ka) calculés à partir des teneurs en 14C (1 à 57 pmC), qui sont également en bon accord avec la piézométrie. Ainsi, même si la piézométrie continue du système aquifère du CI/H indique que les pressions sont en équilibre entre les différentes couches, les caractéristiques géochimiques montrent des différences notables entre la partie sud, où la couche de CH est présente, et la partie nord, où elle est absente. Les échanges d'eau entre les différentes couches sont donc très limités. Dans toutes ces couches, les eaux souterraine sont vieilles (> 5ka) et ont été rechargées sous un climat plus frais qu'aujourd'hui. Il est probable qu'elles soient largement héritées de périodes humide du Pléistocène supérieur et de la "Période Humide Africaine" (~ 15-5 ka) et devraient être gérées comme une ressource fossile. / In the region of Tahoua (Niger), which is part of the Iullemeden basin, the deep multilayer aquifer system of the Continental Intercalaire/Hamadien (CI/H) represents an essential reserve. It is exploited for the drinking-water supply for the local population, for the extractive-industry's water use and for the watering of cattle, because of the degradation of water quality and the very low flow in shallow aquifers and Upper Cretaceous aquifers. Despite some classical hydrogeological studies, this system remains poorly known, particularly with regard to the distribution of the different water bodies and their residence/renewal times. This study, mainly based on a geochemical and isotopic approach, aims to improve knowledge on the CI/H system in order to optimize its sustainable management. Data were obtained from geological maps, and data-sheets of drilling, pumping and logging test. In addition, water samples were collected from 30 boreholes regularly distributed over the study area (114 425 km2). Some parameters (pH, t and EC) were measured in situ and the samples were sent to the GEOPS laboratory where chemical (major ions) and isotopic (stable isotopes in water, 14C, 13C) analyses were performed. From geological cross-sections, the CH layer is present above the CI layers in the southern part of the region but not in the northern part. However, piezometry is continuous over the whole region. In the northern part (above 16°N), the flow lines are directed from the CI outcrops (east) to west and in the southern part (below 16°N), from the CH outcrops (east) to south-west. Stable isotope contents of water (vs V-SMOW) range from -8 to -7 ‰ for 18O and from -59 to -48 ‰ for 2H in the northern part (CI) and from -6 to -5 ‰ for 18O and -51 to -41 ‰ for 2H in the southern part (CH), showing two different water masses. All these values are much lower than those corresponding to present-day precipitation, which does not significantly contribute to recharge. This is in agreement with the groundwater "ages" (5 to 36 ka) calculated from 14C contents (1 to 57 pmC), which are also in good agreement with piezometry. Therefore, even if the continuous piezometry of the deep aquifer system of CI/H indicates that pressures are in equilibrium between the different layers, the geochemical features show noticeable differences between the southern part, where the CH layer is present, and the northern part, where it is absent. Thus, water exchanges between the different layers are very limited. In all these layers, groundwater is old (> 5ka) and was recharged under a cooler climate than at present. Probably, it is largely inherited from Upper-Pleistocene wet periods and from the "African Humid Period" (~15-5 ka) and should be managed as a fossil resource

Quand les effets de la masse finie du noyau et de la distribution de charge spatiale sont pris en compte dans l’Hamiltonien décrivant un système atomique, les isotopes d’un élément, caractérisés par le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons, ont des niveaux d’énergie électronique différents. Le déplacement entre les niveaux d’énergie (pour un même état quantique) de deux isotopes différents est appelé le déplacement isotopique de niveau. De manière générale, on peut distinguer les déplacements isotopiques de champ (field shift) et les déplacements isotopiques de masse (mass shift). Pour les systèmes à plus d’un électron, le specific mass shift (SMS) apparaît. Grâce à sa faible pondération, le paramètre SMS peut être traité comme une perturbation de l’Hamiltonien ;son estimation fait appel aux intégrales de Vinti [5].<p>Dans un contexte relativiste, les programmes grasp2K [2] et mcdf-gme [1] permettent de résoudre les équations de Dirac-Fock associées à un état multiconfigurationnel et d’en fournir l’énergie ainsi que la représentation numérique des orbitales monoélectroniques. Nous avons créé et introduit dans le programme mcdf-gme une sous-routine capable d’estimer les paramètres de masse et de champ à partir des fonctions d’onde multiconfigurationnelles. Pour le programme GRASP2K, un module indépendant à été créé. <p>Par ailleurs, un opérateur plus complet impliquant des corrections en αZ, a été dérivé par Shabaev [4] et, de manière indépendante, par Palmer [3]. Nous avons déduit la forme tensorielle de cet opérateur et avons également implémenté dans les programmes cités ci-dessus le calcul de ses éléments de matrice.<p>Grâce à ces outils nous avons pu étudier la détérioration de l’opérateur d’énergie cinétique pour estimer le normal mass shift et travailler divers systèmes comme le lithium neutre et sa séquence isoélectronique. Par la suite nous avons également travaillé sur les séquences isoélectroniques du bore, du béryllium, du carbone et de l’azote. Enfin, certains effets isotopiques ont été étudiés pour plusieurs transitions dans le baryum neutre.<p>Bibliographie<p>[1] J. P. Desclaux. A relativistic multiconfiguration Dirac-Fock package. In E. Clementi, editor, Methods and Techniques in Computational Chemistry - vol. A :Small Systems of METTEC, page 253. STEF, Cagliari, 1993.<p>[2] P. Jönsson, X. He, C. Froese Fischer and I. P. Grant. The GRASP2K relativistic atomic structure package. Comput. Phys. Commun. 177 :597–622, 2007.<p>[3] C. W. P. Palmer. Reformulation of the theory of the mass shift. J. Phys. B :At. Mol. Phys. 20 :5987–5996, 1987.<p>[4] V. M. Shabaev and A. N. Artemyev. Relativistic nuclear recoil corrections to the energy levels of multicharged ions. J. Phys. B :At. Mol. Phys. 27 :1307–1314, 1994.<p>[5] J. P. Vinti. Isotope shift in magnesium. Phys. Rev. 56 :1120–1132, 1939. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail présente une méthodologie pour l'analyse des spectres de diffusion de neutron sur des liquides moléculaires, basée sur l'ajustement du facteur de forme moléculaire aux grands transferts de moment. La soustraction des contributions intramoléculaires permet d'isoler les interactions intermoléculaires telles que la liaison hydrogène. Trois systèmes de complexité croissante sont étudiés : l'ammoniac, la N-méthylformamide et la N-méthylacétamide. Les résultats obtenus sur l'ammoniac valident la méthode. La liaison hydrogène est bien caractérisée, à une longueur remettant en cause les valeurs habituellement trouvées dans la littérature. Ces résultats ont été confirmés par une étude utilisant la substitution isotopique N14/N1S. L'ajustement de la moléculede NMF est obtenu avec une bonne précision. La caractérisation de la liaison hydrogène y est toutefois plus délicate. Une étude préliminaire de la NMA liquide montre qu'il est possible d'obtenir de bons résultats avec des molécules complexes.

La région des monts Apuseni, au pied de la chaîne des Carpathes en Roumanie, comporte de nombreux gisements de type porphyre (Cu-Au) et épithermal neutre (Pb-Zn et Au ± Ag) liés à un volcanisme andésitique néogène. Afin de comprendre les relations existant entre les gisements de type porphyre et épithermal neutre, le porphyre de Bolcana a été étudié car il possède la particularité d'être bordé par un ensemble de filons épithermaux low-sulfidation minéralisés à Pb-Zn ± Au exploités au niveau des mines de Troita et de Magura. Une étude structurale et une modélisation en 3D de ces différents gisements montrent que la géométrie et l'orientation des fractures et des veines minéralisées sont compatibles avec les directions d'extension régionale et la progression du NW vers le SE des différentes intrusions andésitiques de la région. Dans le but d'établir de manière précise les relations temporelles entre les différents gisements du secteur, un développement méthodologique a permis de réaliser des datations, par l'utilisation du système isotopique Re-Os, directement sur la minéralisation sulfurée la plus ubiquiste du système : la pyrite. L'application de cette méthodologie sur les pyrites des minéralisations a ainsi permis d'obtenir un âge de 10,9 ± 1,9 Ma pour le porphyre. Les âges obtenus dans les systèmes épithermaux restent approximatifs car des perturbations du système isotopique Re-Os sont observées dans ces environnements plus superficiels. Un fractionnement du rhénium avec un enrichissement important au niveau de la zone apicale du porphyre a été mis en évidence, et qui doit être sûrement relié à une zone d'ébullition maximale. Une répartition similaire des teneurs en arsenic des pyrites a pu y être observée. Une caractérisation des sources des métaux a été réalisée à l'échelle du district en utilisant de manière croisée, sur pyrite et galène, deux systèmes isotopiques (Re-Os et Pb-Pb). L'osmium montre que le gisement de Troita possède une signature similaire au porphyre de Bolcana alors que les résultats obtenus pour le gisement de Magura indiquent que le système a subi des perturbations, interprétées comme liées à un lessivage des ophiolites encaissantes et une incorporation partielle de leur signature. Le plomb commun confirme ces données d'osmium avec une signature isotopique plus mantellique que celui de Troita.

Les oxydes d'azote atmosphériques (NOx=NO+NO2) sont des composés clefs en chimie de l'environnement, jouant un rôle central pour la capacité oxydante de l'atmosphère et le cycle de l'azote. La composition isotopique du nitrate atmosphérique (NO?3 particulaire et HNO3 gazeux), constituant leur puits ultime, renseigne sur leur bilan chimique. Le rapport 15N/14N donne une indication de leurs sources, alors que l'anomalie isotopique en oxygène (?17O=d17O-0.52×d18O) révèle la nature de leurs mécanismes d'oxydation. Des études couplées de d15N et ?17O d'échantillons de nitrate atmosphérique collectés dans l'Arctique, en Antarctique et dans l'atmosphère marine au dessus de l'Océan Atlantique, où le bilan des NOx est souvent mal connu ont été effectuées. À ces fins, le défi que constitue la mesure simultanée des trois rapports isotopiques du nitrate (17O/16O, 18O/16O et 15N/14N) dans le même échantillon représentant moins d'une micromole a été relevé. La solution adoptée tire avantage des propriétés d'une bactérie dénitrifiante, utilisée pour convertir le nitrate en N2O, dont la composition isotopique totale a été mesurée en utilisant un système automatisé de chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse de rapport isotopique. Les principaux résultats obtenus via les isotopes de l'oxygène permettent l'identification claire de transitions saisonnières entre voies d'oxydation des NOx, y compris le rôle majeur des composés halogénés réactifs au printemps polaire en régions côtières. Les isotopes de l'azote ont quant à eux permis d'apporter de nouvelles contraintes sur le cycle de l'azote dans les régions polaires, grâce au fractionnement significatif induit par les phénomènes de remobilisation post-dépôt affectant le nitrate dans le manteau neigeux, et l'émission de NOx qui en découle

Le mercure est un contaminant présent dans l'ensemble des compartiments de l'environnement et l'homme y est directement exposé via l'alimentation. Actuellement, les organismes gouvernementaux évaluent la sécurité des produits alimentaires en se basant essentiellement sur la concentration totale de cet élément. Cependant, la toxicité du mercure dépend, entre autre, de l'espèce absorbée (dont le méthylmercure, sa forme la plus toxique). Par conséquent, l'analyse de spéciation, c'est à dire la détection et quantification des différentes formes chimiques de cet élément, présente un intérêt croissant. Le principal objectif de ce projet a donc été de développer et de valider, sous assurance qualité, une méthode sensible et d'une grande exactitude, basée sur l'utilisation de la dilution isotopique. Elle sera par la suite appliquée comme méthode de référence par l'agence pour l'analyse en spéciation du mercure dans les produits de la pêche afin de permettre une meilleure évaluation des risques encourus par le consommateur. La première partie de ce travail a porté sur l'étude du cycle biogéochimique du mercure et de l'état de l'art des diverses méthodes de préparation de l'échantillon, de séparation et de quantification du Hg dans les matrices biologiques, afin d'émettre des choix analytiques. Ainsi, les principaux composés mercuriels susceptibles d'être retrouvés dans les produits de la pêche (le méthylmercure et le mercure inorganique) ont été déterminés par couplage GC-ICP-MS et une quantification par dilution isotopique. La seconde partie des travaux a été consacrée à l'optimisation de la méthode de préparation des échantillons et de la technique de quantification. Ces travaux sur différents matériaux de référence certifiés ont montré que des modifications de la distribution naturelle de l'échantillon pouvaient survenir dès l'étape d'extraction, préconisant un marquage isotopique avant extraction solide-liquide par digiPREP des espèces mercurielles et dérivation par propylation par le tétrapropylborate de sodium et agitation rotative. Les résultats expérimentaux ont été traités par dilution isotopique simple et multiple. Les teneurs obtenues ont été similaires, pour l'ensemble des matrices analysées, montrant que peu ou pas de transformation inter-espèces surviennent au cours de la procédure analytique. Une quantification par double marquage isotopique et dilution isotopique simple a donc été conservée. L'évaluation des critères analytique a démontré que la méthode est validée pour la spéciation du mercure dans les produits de la pêche, selon les normes françaises AFNOR NF V03-110 de 1998 et de 2010. La dernière partie des travaux a porté sur l'application de la méthode validée à la spéciation du mercure dans des échantillons biologiques réels, ainsi qu'à la participation à plusieurs essais interlaboratoires d'aptitudes organisés par le CSL-FAPAS sur un échantillon de thon en conserve et par l'IRMM sur le matériau IMEP-109 de homard. / Mercury is a contaminant which is found in all compartments of the environment and to which human beings are directly exposed when eating food. Government agencies assess the safety of food products by using total mercury concentrations. However, its toxicity depends on the species absorbed (among which methylmercury is its most toxic form). Therefore, the analysis of speciation, i.e. detection and quantification of different chemical forms of this element, is of high interest. The main objective of this project was to develop and validate, under quality assurance, a sensitive and highly accurate method, based on the use of isotope dilution. This method will then be applied as a reference method by the agency for speciation analysis of mercury in seafood, in order to better assess risks to the consumer. The first part of this work focused on the biogeochemical cycle of mercury and the state of art of the various methods of sample preparation, separation and quantification of Hg in biological matrices in order to make analytical choices. Thus, mercury compounds (methyl mercury and inorganic mercury) were determined by gas chromatography (GC) coupled with an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS) and quantified by isotope dilution. The second part of the work was dedicated to the optimization of the method of sample preparation and the quantification technique. The work was made on different certified reference materials and showed that changes of the natural distribution of the sample could occur during the extraction step. Therefore, isotopic tracers had been added to the sample before this step. Mercury species were extracted by a solid-liquid extraction by using a digiPREP and derivated by propylation using tétrapropylborate the sodium and a rotary agitation. Data were treated by simple and multiple isotope dilution. Achieved concentrations were similar for all analyzed matrices. Results showed that inter-species transformation hardly occurred during the analytical procedure. This was the reason why the use of two isotopic tracers for quantification by simple isotope dilution was kept. To end, the method was validated for the speciation of mercury in seafood, in respect with the French norms AFNOR NF V03-110 of 1998 and 2010. Finally, the work ended with the applicability of the validated method for mercury speciation analysis in real biological samples and our participation in several inter-laboratory proficiency tests organized by the CSL-FAPAS on a sample of tuna and by the IRMM on the material IMEP-109 (lobster).

L'achèvement de la fermentation alcoolique est corrélé au niveau de formation de biomasse, qui varie selon les souches de levure S. cerevisiae. La maîtrise de cette fermentation passe par une meilleure compréhension des liens entre métabolisme azoté et formation de biomasse ainsi que des mécanismes contribuant aux variations de formation de biomasse entre souches. L'analyse des cinétiques de consommation de 18 composés azotés a montré que l'ordre de consommation des sources d'azote est similaire pour 14 souches et s'explique principalement par les caractéristiques cinétiques et le mode de régulation des perméases impliquées dans leur transport. Par contre, des variations sont observées dans les profils de consommation de l'azote, qui mettent en jeu des mécanismes différents suivant la disponibilité en azote du milieu. En présence d'un excès d'azote, les souches « faibles productrices » présentent une capacité limitée d'assimilation de l'ammonium ; lorsque l'azote est présent en faible quantité, elles métabolisent plus efficacement l'arginine stockée dans la vacuole pendant la phase de croissance. Afin de déterminer la distribution des flux d'azote dans la cellule, nous avons développé une approche quantitative basée sur la filiation isotopique de sources d'azote marquées 13C ou 15N. Cette étude a révélé une incorporation limitée des acides aminés exogènes dans la biomasse au profit de la synthèse de novo, à l'exception de la leucine majoritairement intégrée dans la biomasse et de l'arginine stockée dans la vacuole. Enfin, cette étude a confirmé expérimentalement que les capacités d'assimilation de l'ammonium et de remobilisation de l'arginine sont des éléments clés des différences de production de biomasse entre souches. Cette étude apporte un nouvel éclairage sur l'efficacité d'utilisation et l'allocation de sources complexes d'azote pendant la fermentation œnologique et sur les mécanismes impliqués dans la variabilité de production de biomasse chez S. cerevisiae. / The completion of alcoholic fermentation is correlated with the level of biomass formation, which varies depending on the S. cerevisiae yeast strain. Achieving a better control of the fermentation requires a better understanding of the relationship between nitrogen metabolism and biomass formation and of the mechanisms contributing to variation in biomass formation between strains. The analysis of the kinetics of consumption of 18 nitrogen compounds showed that the order of consumption of nitrogen sources is similar for 14 strains and is mainly due to the kinetic characteristics and mode of regulation of permeases involved in their transport. By cons, variations are observed in the patterns of nitrogen consumption, which involve different mechanisms depending on the availability of nitrogen in the medium. In the presence of excess nitrogen, "low producing" strains have a limited capacity for assimilation of ammonium; when nitrogen is present in small quantities, they metabolize more efficiently arginine stored in the vacuole during the growth phase. To determine the intracellular distribution of nitrogen fluxes, we developed a quantitative approach based on isotopic filiation of 13C or 15N labeled nitrogen sources. This study revealed a limited incorporation of exogenous amino acids in biomass in favor of de novo synthesis, with the exception of leucine mostly integrated in the biomass and arginine stored in the vacuole. Finally, this study confirmed experimentally that the capacity of ammonium assimilation and remobilization of arginine are key determinant governing the differences of biomass production between strains. This study sheds new light on the efficient use and allocation of complex nitrogen sources during wine fermentation and on the mechanisms involved in the differences in biomass production within the S. cerevisiae species.

Ces dernières décennies, les plantations à croissance rapide sont apparues comme un moyen de répondre à la demande croissante en produits forestiers ligneux et comme une alternative à l'exploitation des forêts naturelles en zone tropicale. Un enjeu majeur est aujourd'hui de garantir la durabilité de ces plantations souvent installées sur sols pauvres et avec de fortes exportations de biomasse tous les 6-7 ans. Les litières présentes à la surface des sols peuvent jouer un rôle crucial sur la fertilité minérale et organique des sols qui conditionnent la productivité à court et long terme de ces écosystèmes tropicaux. L'objectif de ce travail était de comprendre par quels mécanismes le retrait ou l'ajout de litières influencent le développement de plantations d'Eucalyptus. En parallèle de mesures de croissance des arbres, la dynamique de minéralisation d'azote (N) au cours de la décomposition des rémanents a fait l'objet de plusieurs expérimentations. Les flux de nutriments en solution ont été comparés aux stocks initiaux dans les différents compartiments de l'écosystème et à la minéralomasse des arbres à la fin de l'étude. Un bilan de recouvrement de 15N apporté sous forme de rémanents lors de la plantation a été réalisé à l'échelle de la plantation. L'impact de la manipulation des litières sur les stocks de MO du sol a été évalué à partir d'analyses de sol ainsi que d'un partitionnement complet des sources de CO2 émis à la surface du sol. Les résultats de cette thèse montrent que la rétention des rémanents doit être optimisée et l'exportation de biomasse ligneuse compensée par l'apport de fertilisants, la pratique du brûlage doit être prohibée et les feux sauvages évités / In the last decades, fast-growing plantations have emerged as an important option to supply a growing share of the increasing demand for woody forest products and as an alternative to reduce the pressure on tropical rainforests. A major stake is nowadays to ensure the sustainability of these plantations often established on poor soils with large amounts of biomass exported every 6-7 years. Aboveground litters may play a crucial role on the mineral and the organic soil fertility which drive short- and long-term productivity in these tropical ecosystems. The main objective of our study was to identify the mechanisms involved in the Eucalyptus growth response to aboveground litter removal or addition over the two first years after planting. Apart from measurements of tree growth, the dynamic of nitrogen (N) mineralization in decomposing harvest residues has been studied in several experiments. Nutrient fluxes in soil solutions were compared to nutrient stocks initially contained in ecosystem compartments and to nutrient content within trees at age two years. A complete recovery budget of 15N brought within residues at the harvest was made at the stand scale. The long-term impact of aboveground litter manipulations on soil OM stocks was also assessed. Standard soil analyses (C&N) as well as a complete partitioning of soil CO2 efflux were carried out. The qualitative and quantitative dynamics of dissolved OM received special attention. The results show that the rapid release of potassium and the more progressive release of N contained in aboveground litter largely explain tree growth differences observed among OM management treatments. Eucalyptus tree considerably benefit from the nutrient released throughout litter decomposition since losses by deep drainage were very low as a consequence of soil depth and of the very fast development of roots both in the deep soil layers and in the organic layer. Our study also highlighted the large contribution of the topsoil OM (0-15 cm) for the production of nitrate and dissolved OM in gravitational soil solutions. The use of 15N labelling demonstrated that N is initially retained within the organic layer probably by microbial immobilization; transferred in simultaneous and balanced ways between organic residues components (leaves, barks and branches); and finally transported in particulate OM toward the mineral topsoil layer by gravitational water, supplying thus the soil OM pool on which the soil fertility relies. The retention of aboveground litter contributed to maintain soil OM stocks after the clear-cutting while its removal led to an initial decrease in soil OM stocks at the beginning of the rotation, which seemed to be balanced thereafter by litterfall inputs. The addition of litter led to an increase in dissolved OM fluxes in the first 15 centimeters of the soil profile which remained insignificant in comparison with soil OM stocks and exhibited low interactions with soil OM. Despite the rapid recovery of the soil OM pool, some nutrients might limit the productivity of these plantations after several rotations, as a result of repeated biomass exportation. Consequently, the retention of organic residues at the harvest should be optimized and the exportation of woody biomass must be compensated by fertiliser addition, burning of organic residues must be prohibited and wild fires prevented

Les peuplements mélangés font l'objet d'un intérêt croissant de la part des gestionnaires forestiers, résultant d'une part de la diversité de leurs fonctions, et d'autre part, de l'idée générale selon laquelle les forêts mélangées seraient plus résistantes et résilientes aux événements extrêmes. Dans ce contexte, l'objectif principal de ce travail est de caractériser la diversité fonctionnelle de la gestion de l'eau d'un jeune peuplement mélangé, notamment en condition de sécheresse. L'étude s'est orientée sur (i) la description de la réponse des arbres à la sécheresse à l'aide de mesures de flux de sève et potentiels hydriques de base, (ii) la caractérisation de l'absorption de l'eau au travers d'études de morphologie racinaire et d'expérimentations de marquages isotopiques (deutérium et 18O) et (iii) la vulnérabilité à la cavitation des différentes espèces et son contrôle par les stomates. L'étude de la croissance radiale des arbres, de leur phénologie ainsi que celle de l'efficience d'utilisation de l'eau ont également été abordées. L'ensemble de ces mesures a permis, grâce à une analyse en composantes principales, de mettre en évidence un partage spatial (enracinement plus ou moins profond) et temporel (phénologies décalées dans la saison) de la ressource en eau et de définir différentes stratégies d'utilisation de l'eau au sein du peuplement. A l'échelle du peuplement, cette diversité fonctionnelle se traduit par une complémentarité de l'utilisation des ressources hydriques du sol et par des mécanismes de facilitation (« ascenseur hydraulique ») avec un avantage certain pour les peuplements mixtes par rapport aux peuplements monospécifiques. / In regard to the various functions of forests and considering the general idea that mixed stands would be more resistant and resilient to disturbances, those stands are more and more promoted than pure stands. In such a context, characterize co-occurring species behaviour and define the possible interaction between them appeared to be necessary. The main objective of this work was to characterize the functional diversity in water uptake and regulation in a young broad leaved mixed forest, particularly under drought conditions. The study was focused on (i) drought response of the species from sap flow and predawn leaf water potential measurements, (ii) water absorption through two-dimensional root distribution and labeling experiments (using deuterium and 18O) and (iii) vulnerability to cavitation of the different species and its protection through stomatal regulation. Radial growth, phenology and water use efficiency were also taken into account in this analysis. A principal component analysis highlights a spatial and temporal partitioning of water resource and underlines contrasted tree water use strategies among co-occurring species. At stand level, this functional diversity results in complementarity soil water use and facilitation mechanism (hydraulic lift) that benefits to mixed in comparison to pure forest stands.