Le carbone organique des sols (COS) joue un rôle majeur dans le maintien des propriétés des sols, et constitue un important réservoir de carbone sensible aux perturbations anthropiques dont les changements d'usage ou de gestion des terres. En Amazonie, la déforestation libère des gaz à effet de serre (GES) par le brûlis de la végétation mais les stocks de COS sont également susceptibles d'évoluer et de contribuer aux émissions de GES. Nous montrons que ces variations de stocks sont cependant mal comprises à l'échelle du biome, en raison de l'approche par chrono-séquence qui induit de nombreuses incertitudes et du manque de données sur la gestion des agrosystèmes implantés après déforestation. L'étude a été conduite sur un site agronomique diachronique en Guyane, déboisé sans brûlis et avec des restitutions de biomasse forestière au sol, sur lequel ont été implantés 3 systèmes de culture : une prairie et deux systèmes maïs/soja avec ou sans travail du sol. L'objectif a été de déterminer le devenir du carbone forestier et du COS des agrosystèmes. Les fluctuations des stocks ont été mesurées jusqu'à 5 ans après déforestation dans la couche 0-30 cm, un bilan est proposé pour la couche 0-100 cm à 5 ans. La décomposition des débris de bois, apportés au sol suite à la déforestation, a été étudiée via leur perte de masse et leur caractérisation par pyrolyse Rock-Eval. La répartition granulométrique du COS a été mesurée 4 ans après déforestation. L'isotopie δ13C a été utilisée dans le sol sous prairie pour distinguer le carbone d'origine prairiale. L'apport de carbone issu de la déforestation a entrainé une augmentation des stocks de COS, mais de courte durée car les débris de bois se sont rapidement décomposés et n'ont pas induit de stockage durable de COS. Cinq ans après déforestation les stocks de COS sous prairie sont similaires à ceux observés sous forêt, grâce à des apports de carbone importants par les racines, alors que sous cultures les stocks diminuent d'environ 18 %, sans que l'on ait distingué un effet du travail du sol. La décroissance du carbone forestier, qui concerne l'ensemble des fractions granulométriques du sol, a donc été compensée par les apports de carbone sous prairie, ce qui n'est pas le cas sous cultures annuelles. Le modèle RothC a pu être validé dans notre situation même s'il a surestimé légèrement les stocks sous cultures. Nos résultats, replacés dans le contexte amazonien montrent que les diminutions de COS observées ici sont moins importantes que pour l'ensemble des tropiques humides, probablement en raison de la gestion optimale du site et de la courte durée du temps d'observation. / Soil organic carbon is a key component of soil quality, and represents a large part of the terrestrial carbon stock, sensitive to human perturbations including land-use change. In Amazonia, deforestation induces greenhouse gases (GHG) emissions due to vegetation burning, but SOC stocks also change, which can induce GHG emissions. We show that these changes are misunderstood at the biome scale, because of the chronosequence approach that induces uncertainties, and because of the lack of management data of the agrosystems established after deforestation. We studied here an agronomic trial with a diachronic approach in French Guiana, deforested with a fire-free method that returned large amount of forest organic matter. Three agrosystems were set up: a grassland and two annual crop systems (maize/soybean) with and without soil tillage. We aimed to measure the fate of forest carbon and of SOC in the agrosystems. SOC stocks fluctuations were assessed up to 5 years after deforestation in the layer 0-30 cm, and a comparison forest-agroecosystems in the layer 0-100 cm was done at 5 years. Decomposition of woody debris buried in the soil after deforestation was assessed by mass loss approach and Rock-Eval pyrolysis. SOC distribution in granulometric fractions was measured 4 years after deforestation. δ13C methods were used in the grassland soil to distinguish the carbon derived from forest or grassland. We found that carbon inputs from deforestation increased SOC stocks, but only at short-term because woody debris decomposition was fast and did not induce a mid-term SOC storage. Five years after deforestation SOC stocks in grassland are similar to the forest, thanks to carbon inputs from root activity. In the annual crops SOC stocks decrease of about 18 %, and no difference is found according to the soil tillage. The decay of forest soil carbon, which affected the whole granulometric fractions of SOC, is thus offset in grassland but not in annual crops. RothC model could be validated in our study, but slightly overestimated SOC stocks in annual crops. Replaced in the Amazonian context, our results showed that the SOC decrease here was lower than other studies across humid tropics. This can probably be explained by the optimal management of the agrosystems, and the short time lapse studied.

Les eaux côtières du Sud du Golfe de Gascogne sont soumises à l’expulsion d’un panache fluvial au niveau de l’estuaire de l’Adour. Ces eaux douces peuvent entrainer de fortes variations des concentrations en matières minérales en suspension (MSM, en mg,l-1), en chlorophylle- a (Chla, en mg,m-3) et en matière organiques dissoutes colorées (MODC, en mg,l-1) contenues dans les eaux côtières. En modifiant la transparence de l’eau et en charriant des nutriments et des bactéries, elles peuvent affecter la productivité biologique et avoir un impact significatif sur la santé humaine. Notre étude a pour but de développer des algorithmes empiriques et de tester l’efficacité des images MODIS-Aqua pour la cartographie des substances particulaires et dissoutes contenues dans les eaux côtières soumises à l'influence du panache de l'Adour. Dans cet objectif, deux missions océanographiques ont été réalisées afin de mesurer simultanément les MSM, la turbidité (en NTU), la Chla et les MODC et la réflectance de télédétection de l’eau in-situ. Deux algorithmes empiriques opérationnels pour la quantification des matières minérales en suspension et de la turbidité ont été développés. Une automatisation du traitement des images MODIS-Aqua déjà corrigées des effets atmosphériques et à la résolution de 250 mètres (produit MYD09GQ) a été réalisée. Ce système opérationnel a permis de cartographier les concentrations en sédiments en suspension contenus dans le panache sur 246 jours, entre 2006 et 2009. La première étude à grande échelle spatiale et temporelle de la dynamique hydro-sédimentaire du panache de l'Adour a ainsi pu être réalisée. Finalement, plusieurs algorithmes ont été proposés pour la quantification des concentrations en chlorophylle-a dans le sud du Golfe de Gascogne. Ces relations empiriques devront être testées sur de nouvelles mesures in-situ afin de préciser leurs limites de validité. Notre étude montre l’apport de l’imagerie satellitaire MODIS pour la surveillance du panache de l'Adour. A plus long terme, un système efficace de surveillance de la qualité des eaux côtières de la côte Aquitaine pourrait être envisagé. / The southern Bay of Biscay coastal waters are under the direct influence of the freshwater plume from the Adour estuary. The river outflow leads to a strong variability in the concentration of mineral suspended matters (MSM in mg l-1), chlorophyll-a (Chla, mg, m-3) and colored dissolved organic matters (CDOM in mg l-1) contained in coastal waters. By changing the transparency of the water and carrying nutrients and bacteria, they may affect biological productivity and have a significant impact on human health. Our study aims to develop empirical algorithms and test the efficiency of MODIS-Aqua imagery to map particulate and dissolved substances contained in coastal waters under the influence of the Adour plume. In this aim, two oceanographic missions were carried out to measure simultaneously the MSM, turbidity, Chla and CDOM and the remote sensing reflectance of water. Two empirical operational algorithms for quantification of suspended mineral matters and turbidity have been developed. An automated processing of atmospherically-corrected MODIS-Aqua-250m product (MYD09GQ product) was performed. This operating system has been used to map the concentrations of suspended sediment content in the plume at 246 days between 2006 and 2009. Thus, the first study at large spatial and temporal scale of the Adour plume dynamics has been achieved. Finally, several algorithms have been proposed in order to quantify the concentrations of chlorophyll-a in the southern Bay of Biscay. These empirical relations must be tested on new in-situ measurements to clarify their validity limits. Our study shows the contribution of the MODIS satellite imagery to monitor the Adour plume. In future, an effective monitoring system of Aquitaine coastal water quality could be considered.

La stabilité de la structure des sols vis-à-vis de stress externes est une propriété clé pour le fonctionnement du sol. Cependant, il n`existe pas aujourd'hui d'outil permettant de prévoir ses variations temporelles ou de déterminer les pratiques culturales qui l`améliorent. La question est particulièrement posée en ce qui concerne l'effet d'amendements organiques sur des sols fragiles comme les sols limoneux cultivés. L´objectif général de cette thèse est approfondir la connaissance du déterminisme de la variabilité intra-annuelle de la stabilité de la structure du sol résultat de l´apport de matières organiques et de la variation de la teneur en eau du sol. Pour établir des relations quantitatives entre les agents microbiens impliqués dans l'agrégation, les variables physiques élémentaires qui la déterminent (porosité, hydrophobie et cohésion) et la stabilité de la structure, nous avons choisi une démarche expérimentale en laboratoire et fait varier les doses de MO apportées au sol (un résidu de culture) et appliqué des cycles de dessiccation - réhumectation. Nous avons utilisé trois tests de stabilité structurale qui mettent en évidence différents mécanismes de désagrégation (l`éclatement, la microfissuration et la désagrégation mécanique) pour analyser les relations quantitatives d'un point de vue mécaniste. Dans nos conditions expérimentales, l'apport de MO a stimulé linéairement l'activité des microorganismes pour toute la gamme de MO apportées. Les différents agents agrégeants microbiens mesurés (biomasse microbienne, ergosterol (biomarqueur des champignons), et les sucres extraits à l'eau chaude (estimateur des polysaccharides extracellulaires)) ont une forte dynamique temporelle et sont tous significativement corrélés à la stabilité structurale, sans hiérarchie apparente. La stabilité de la structure à l'éclatement, à la microfissuration et à la désagrégation mécanique ont eu une dynamique similaire après l'apport de MO. Nous proposons un modèle semi-mécaniste d'estimation de la stabilité structurale, basé sur le couplage entre un modèle de la dynamique du C et N dans les sols (CANTIS) et une fonction statistique reliant la biomasse microbienne et la quantité de CO2 minéralisée à partir de la MO apportée à la stabilité de la structure. La décomposition de la MO apportée a fortement modifié les propriétés physiques responsables de la stabilité de la structure. La porosité des agrégats, leur hydrophobie et leur cohésion interparticulaire ont toutes augmenté. Etant donné l'impact de l'activité microbienne sur l'hydrophobie, nous avons comparé, trois méthodes différentes permettant son estimation. La diversité des effets de l'activité microbienne sur les propriétés physiques des agrégats du sol, suggère qu'il est généralement pertinent de mettre en oeuvre des tests de stabilité de la structure, propriété sensible et intégrative des différents effets des matières organiques. Les conditions climatiques, telles-que des alternances d'humectation dessiccation, modulent l'effet des MO apportées sur la structure du sol, en particulier en changeant l'impact relatif des MO sur chaque mécanisme de désagrégation.

L'étude des Particules Exopolymériques Transparentes (TEP) fait l'objet d'une attention grandissante depuis les dix dernières années. Leur source principale est l'exsudation de polysaccharides par le phytoplancton et les bactéries. Ces particules formées de façon abiotique, principalement via la coagulation de matière organique colloïdale, sont fortement impliquées dans les processus biogéochimiques des milieux aquatiques. Nous avons comparé deux techniques de mise en évidence des TEP (« Filter-Transfer-Freeze », et méthode des lames blanches dépolies) et évalué leurs limites et avantages afin d'établir un protocole le plus efficace possible. Dans la suite de ce travail, nous privilégierons la méthode des lames blanches dépolies qui offre de meilleurs résultats en termes de précision et de reproductibilité. Une étude des variations saisonnières des TEP en Méditerranée Nord-Occidentale de février 1999 à février 2000 a été effectuée, en deux sites, l'un côtier, l'autre océanique (programme DYFAMED-JGOFS). Les TEP sont présentes en forte abondance durant la totalité de l'année (de 2x104 à 2x105 TEP ml-1) en zone euphotique. Leur dynamique reflète davantage le statut trophique de l'écosystème plutôt que des différences régionales. Globalement, on observe une augmentation du pool de TEP après la floraison printanière et une persistance de ce pool durant la période estivale. Cette étude in situ a révélé également l'importance de ce pool de matière en tant que réservoir de carbone organique (de 0,6 à 20,5 µmol C l-1 ; jusqu'à 15% du carbone organique total). De plus, ces particules possèdent un rapport molaire C/N largement supérieur au rapport de Redfield (C/N = 21 en moyenne). La formation des TEP serait une voie majeure de transfert du carbone lors de la surconsommation de carbone inorganique dissous (CID) par le phytoplancton en période oligotrophe. Les TEP représentent donc une composante importante dans le cycle du carbone en séquestrant le carbone organique sous forme particulaire. L'effet des conditions trophiques, associées à différentes intensités de turbulence sur la dynamique des TEP a fait l'objet d'un suivi en milieu contrôlé, dans le cadre du projet européen NTAP (Nutrient dynamics mediated through Turbulence And Plankton interactions). Une forte turbulence (1x10-4 cm2 s-3) induit la persistance de ce pool en surface entraînant l'agrégation des particules. Elle favorise également la colonisation bactérienne des TEP. L'hydrodynamisme de l'écosystème influencera donc la formation des TEP ainsi que le devenir de ce pool de matière (accumulation et/ou sédimentation). L'utilisation de la microscopie électronique à transmission couplée à une micro-analyse aux rayons X a permis de déterminer la composition élémentaire (C, N, P, Mg, Ca, Fe, Mn) des TEP en fonction des conditions trophiques du milieu. Les résultats confirment l'importance de ces particules en termes de carbone et leur rôle dans la surconsommation de CID lorsque le milieu est déficient en azote. De plus, les TEP adsorbent du fer et du manganèse (jusqu'à 1,7 nM Mn et 18,7 nM Fe dans un fjord Norvégien) laissant présumer de leur rôle dans le cycle biogéochimique des éléments-traces.

L'apport aux sols de matières organiques exogènes (MOEs) d'origine résiduaire issues d'activités agricoles, urbaines ou industrielles permet d'augmenter les teneurs en matière organique des sols (MOS) et d'améliorer leur fertilité. De plus ces apports de MOEs pourraient contribuer à la limitation des émissions nettes de gaz à effet de serre en stockant du C dans les sols. Le développement d'outils de prédiction est nécessaire pour une meilleure estimation du devenir à long terme des MOEs apportées. De plus, il est important de savoir sous quelles formes la matière organique (MO) des MOEs est incorporée dans la MO du sol, ceci conditionnant la pérennité des accumulations de C après apports répétés de MOEs. Cette étude vise à mieux comprendre et prédire la dynamique d'incorporation de la MO de matières organiques exogènes dans la matière organique du sol. Elle s'est déroulée en trois étapes : (i), le développement et l'amélioration de méthodes de caractérisation de laboratoire permettant d'estimer le devenir des MOEs dans le sol (ii) le paramétrage du modèle RothC pour simuler l'accumulation de C dans les sols suite à l'apport de MOEs et (iii) l'étude des changements de composition chimique de la MOS suite à des apports répétés de MOEs.<br />L'étude de la composition chimique de la fraction dite soluble du fractionnement biochimique Van Soest a révélé que la nature chimique de cette fraction de MO change lors du traitement par compostage des MOEs: elle est très riche en polysaccharides en début de compostage et s'enrichit en MO riche en composés azotés stabilisés au cours du compostage.<br />Le potentiel d'utilisation de la spectroscopie proche infra-rouge (SPIR) pour caractériser les MOEs et leur devenir dans le sol a été étudié. Des prédictions satisfaisantes ont été obtenues pour les teneurs en C et N des MOEs ainsi que pour les fractions biochimiques Van Soest des MOEs. L'indicateur de stabilité de la MO (ISMO), estimateur de la fraction résiduelle de la MO des MOEs à long terme dans les sols, a été prédit de manière satisfaisante.<br />La potentialité de stockage de C à long terme dans un sol soumis à des apports répétés de MOEs a été étudiée en utilisant des résultats de 4 essais au champ de moyenne et longue durées. les apports répétés de MOEs ont entrainé des augmentations significatives des stocks de C dans les sols qui ont pu être reproduites de façon satisfaisante avec le modèle RothC qui a été ainsi paramétrés pour pouvoir simuler des apports de MOEs de types divers.<br />L'étude des changements dans la composition de la MOS suite à ces apports répétés de MOEs dans l'essai Qualiagro a révélé une modification préférentielle de la fraction de MOS particulaire de taille > 50 µm, en particulier par un enrichissement en lignine. La composition de la fraction de taille 0-50 µm est également modifiée mais dans une moindre mesure et de façon moins directement liée à la composition des MOEs apportées.

A l'échelle de l'agro-écosystème, la productivité primaire est sous la dépendance du recyclage des matières organiques du sol (MOS) par l'action des organismes indigènes décomposeurs, qui minéralisent les composés organiques libérant ainsi les nutriments nécessaires à la croissance végétale. A une échelle plus globale, le recyclage des MOS détermine les flux de carbone entre le sol et l'atmosphère, avec des conséquences majeures sur la qualité de l'environnement et les changements globaux. Malgré le rôle central des microorganismes indigènes dans ces processus, la composante microbienne est encore mal connue et souvent considérée comme une boîte noire en termes de diversité et de fonctionnalité. Par conséquent, pour mieux comprendre et prédire l'évolution des MOS et donc les flux de carbone (C) dans les agro-écosystèmes, il est nécessaire de mieux connaitre les populations et les mécanismes microbiens impliqués dans leur dégradation et transformation. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse était de progresser dans la connaissance de la réponse des communautés microbiennes telluriques à l'apport de résidus de culture. Cette réponse des communautés microbiennes a été abordée en termes de (i) succession des populations impliquées dans les processus de dégradation de ces MOF (matières organiques fraîches), (ii) lien avec leur fonction de dégradation et répercussion sur la dynamique des matières organiques, et (iii) rôle dans les processus de stockage/déstockage du carbone via les processus de " priming effect ". Différents paramètres pouvant moduler la dégradation des résidus et la dynamique des communautés ont été pris en compte : modalité d'apport des résidus (pratiques culturales), qualité biochimique des résidus (différentes espèces végétales), et température. La stratégie globale de recherche développée repose sur des expérimentations de terrain et au laboratoire impliquant différentes échelles spatiales (du microcosme de sol à la parcelle agronomique) et temporelles (du temps de génération microbien aux cycles culturaux). La réponse des communautés microbiennes à l'apport de résidus a été évaluée par l'utilisation de méthodes moléculaires permettant de caractériser sans a priori la diversité des microorganismes du sol (empreintes moléculaires, clonage/séquençage, séquençage haut débit). En parallèle, un suivi quantitatif et qualitatif de la matière organique du sol, par des méthodes de biochimie ou de spectroscopie, a été réalisé afin d'établir le lien entre la dynamique des communautés microbiennes et le devenir de la matière organique dans le sol. Les deux premiers chapitres du manuscrit portent sur des expérimentations réalisées au terrain (conditions naturelles) afin d'évaluer l'influence de la localisation des résidus (résidus de blé incorporés vs. laissés en surface ; site expérimentale INRA Mons) d'une part et d'autre part de la qualité biochimique des résidus (résidus de blé, colza et luzerne incorporés, site expérimentale INRA Epoisses) sur la dynamique des communautés microbiennes du sol. Les résultats obtenus mettent en évidence une forte influence de la localisation comme de la qualité biochimique des résidus sur les successions de populations microbiennes induites suite à l'apport. Des populations/groupes microbiens stimulés spécifiquement dans chaque modalité ont été identifiés. Les résultats de diversité ont été mis en regard des dynamiques de décomposition des résidus, afin de faire le lien entre les successions de populations et l'évolution des ressources trophiques. La troisième partie du travail correspond à une expérimentation en conditions contrôlées (microcosmes de sol) nous permettant de coupler des outils moléculaires et isotopiques (ADN-SIP) pour cibler spécifiquement les populations microbiennes activement impliquées dans la dégradation des résidus de culture - etc

Les interactions organo-minérales contrôlent la stabilisation de la matière organique du sol. Les nanominéraux, résultant de l'altération continue des minéraux, précipitent à partir d'espèces ioniques à leur surface. Les derniers travaux de simulation en laboratoire se sont focalisés sur les nanophases de Fe et Al. Dans ce travail, des simulations en laboratoire ont été réalisées sur les processus d'altération de la biotite et les néoformations résultantes, après hydrolyse d’espèces dissoutes d'un système Si Fe Al Mg et K, en présence et en absence de C. La structure des phases a été caractérisée par TEM- EDX et Fe-EXAFS.En l'absence de C, des nanominéraux amorphes de 10-60nm sont formés, la composition étant contrôlée par le pH en fin d'hydrolyse. A pH4.2 et 7, leur composition est dominée par Fe, dont la polymérisation est perturbée par Al Si Mg et K. Inversement, à pH5, la polymérisation du Fe est limitée par la précipitation de grandes quantités de Si. En présence de C, les complexes organo-minéraux synthétisés sont des particules amorphes de 2-200nm. Leur taille augmente avec la teneur croissante en C jusqu'à un ratio métal/C de 1. La précipitation engendre 2 familles: (1) les petites particules chimiquement similaires à la solution de lixiviat; (2) les plus grosses fortement contrôlées par la teneur de C. La composition de ces dernières est dominée par Si lorsque C est faible, et par Fe lorsque C est élevé. Le changement de chimie entre les particules plus petites et plus grandes ainsi que le rôle de Si sont importants mais souvent négligés. Ainsi, ces résultats éclairent l'effet des variations de C sur l'affinité des espèces inorganiques dans les systèmes naturels / Organo-mineral interactions, due to the high reactivity of nanominerals, play a major role in soil organic matter stabilization. Nanominerals, which are the result of the continuous alteration of minerals, precipitate from ionic species at the mineral solution interface. In literature, only Fe and Al get emphasis with regard to batch-synthesized nanomineral studies. In this work, laboratory simulations were carried out on the post biotite alteration processes and the resulting neoformations after hydrolysis of the dissolved species from a Si Fe Al Mg and K system, in the presence and absence of C. New phases were characterized by TEM-EDX and EXAFS at the Fe K-edge.In C absence, 10-60nm sized amorphous nanominerals are formed whose composition is controlled by pH at the end of the hydrolysis. For pH4.2 and 7 phases, composition is dominated by Fe, whose polymerization is hindered by Al, Si, Mg and K. Conversely, at pH5, the overall presence of Fe is counteracted by precipitation of high amounts of Si. In C presence, precipitates are amorphous 2-200nm sized particles. This size increases with increasing C presence until a molar Metal:C=1. Precipitation resulted into two distinct size ranges. Smaller particles chemically resemble the leachate solution, while for larger particles it is influenced by C concentration. Composition of larger particles is dominated by Si at low C compositions while by Fe at higher ones. Interesting is the change in chemistry between smaller and larger particles as well as the role of Si often overlooked in other studies. Therefore, these results emphasize on effect of C variations on affinity of inorganic species in natural systems.

En France, le secteur de la construction routière est le plus grand consommateur de matériaux granulaires, avec une consommation annuelle d'environ 200 millions de tonnes. Avec la pénurie de matériaux standards, la valorisation des sédiments dragués pour la construction routière pourrait constituer une solution intéressante.Les sédiments dragués se composent généralement d’une phase minérale, une phase organique (sous diverses formes) et une phase liquide (eau). La présence des Matières Organiques (MO) dans les sédiments, même en petites quantités, affecte leurs propriétés physiques et mécaniques.L'objectif principal de cette thèse est de proposer une méthode simple de caractérisation des matériaux organiques adaptée au domaine routier et d'étudier les effets de la teneur en MO sur les propriétés physiques et mécaniques des sédiments dragués. Pour y parvenir, une méthodologie spécifique pour reconstituer des mélanges avec différentes quantités de MO est proposée et une évaluation est faite des essais existants pour la caractérisation des MO.L'investigation des effets de la teneur en MO sur les paramètres physiques et mécaniques (considérés comme des paramètres clés dans le domaine de la construction routière) montre que même pour des teneurs en MO supérieures aux limites imposées dans les guides d’utilisation des matériaux standards, les sédiments restent compatibles avec la valorisation dans la technique routière. / In France, the road construction sector is the greatest consumer of granular materials, with a yearly consumption of about 200 million tons. With the shortage of standard materials, the valorization of dredged sediments for road construction could constitute an interesting solution.Dredged sediments generally consist of a mineral phase, an organic phase (in various forms) and a liquid phase (water). The presence of Organic Matter (OM) in sediments, even in small amounts, affects their engineering properties.The main objective of this study is to propose a simple method of characterization of organic materials adapted to the road construction and to study the effects of OM content on the physical and mechanical properties of dredged sediments. To this end, a specific methodology for reconstituting mixtures with different amounts of OM is proposed and an evaluation is made of existing tests for OM characterization. The investigation of the effects of OM content on physical and mechanical parameters (considered as key parameters in the field of road construction) shows that even for OM contents greater than the limits imposed in the guidelines for the use of standards materials, the dredged sediments remain compatible with the valuation in the road construction technique.

Potentiel stock de carbone dans les horizons minéraux des sols, sources de nutriments et vecteurs de polluants dans les écosystèmes aquatiques, les matières organiques dissoutes (MOD), leurs origines, et leurs transferts des sols à la rivière sont encore mal connus. Cette thèse a pour objectif de caractériser la variabilité temporelle et spatiale de la quantité et de la qualité des MOD des sols et des rivières et d'en identifier les facteurs de contrôle. Ce travail s'appuie sur le bassin versant expérimental de Kervidy-Naizin (Morbihan, Observatoire de Recherche en Environnement AgrHys). Ce site de 5 km² bénéficie de 13 années de suivi journalier des concentrations en carbone organique dissous (COD) dans la rivière et hautes fréquences des paramètres hydro-climatiques (débit, niveaux piézométriques, climat). Un suivi au moins bimensuel de la quantité et de la qualité des MOD de sols hydromorphes soumis à différents usages (culture, prairie, bois) et de rivières a été réalisé sur 2 cycles hydrologiques. L'exploitation des données long-terme a permis de proposer un schéma complet et cohérent des processus hydrologiques contrôlant les exports de MOD, leur relais dans le temps (en proposant une définition objective des saisons hydrologiques) et leur importance relative variable suivant le contexte climatique de l'année. L'exportation hivernale des MOD produites dans les sols pendant l'été contrôle la dynamique intra-annuelle décroissante des concentrations en COD des eaux de rivière. L'effet compensatoire de ces mécanismes de production et d'exportation explique la relative stabilité des concentrations moyennes annuelles de la rivière. La caractérisation des MOD par spectroscopie de fluorescence 3D, couplée à la modélisation PARAFAC (parallel factor analysis) des matrices d'excitation-émission générées, a permis d'identifier des exportations de MOD d'origine agricole, faiblement aromatiques, protéiques et dérivées de l'activité microbienne. Ces MOD sont exportées saisonnièrement pendant les périodes d'inter-crue des hivers très humides, par remontée de la nappe dans les sols cultivés des versants, et ponctuellement au printemps, lors de crues suivant l'épandage d'effluents d'élevage sur les sols du bassin. L'organisation spatiale des dynamiques temporelles de la quantité et de la qualité des MOD des sols suggère un contrôle hydro-pédo-topographique des différences rapportées. Les MOD faiblement aromatiques des horizons organo-minéraux sont préférentiellement exportées depuis les sols situés dans les pentes de versant. Les MOD exportées depuis les horizons minéraux sont partiellement compensées par les apports de MOD provenant des sols situés en amont. L'instauration de conditions réductrices dans les sols de bas de versant, produit des MOD aromatiques uniquement exportées en crue. La composition et la position dans le bassin des MOD des sols agricoles les rendent donc sensibles au processus d'exportation. La question du devenir de ces MOD est posée. / The role of dissolved organic matter (DOM) as carbon storage in mineral soil horizons and the impacts of DOM on aquatic ecosystems, either as a source of nutrients, or a vector of pollutants, raise the need to understand its origin, and the mechanisms linked to its transport from soils to stream. This work aims to characterize the temporal and spatial dynamics of the amount and the quality of DOM in soil and stream water, and to identify the controlling factors. It is based on the Kervidy-Naizin catchment of 5 km² (Morbihan ; Environment Research Observatory AgrHyS). This site benefits from 13 years of daily stream dissolved organic carbon (DOC) concentrations and high frequency of hydro-climatic parameters (discharge, groundwater table depths, and meteorological variables). DOM concentration and composition of soil water under contrasted land uses (cropland, grassland, or woodland) and stream water were assessed at least fortnightly during 2 hydrological cycles. A comprehensive and consistent pattern of hydrological processes that control the DOM exports, their changes in time (by providing an objective definition of hydrological seasons), and the changes of their relative importance according to the climatic context of the year was proposed. The exports of DOM produced in the soils during summer control the intra-annual decrease of stream DOC concentrations. This suggests a compensatory mechanism whereby increased winter exports can balance the summer production of DOM resulting in a relatively uniform mean annual DOC concentration. The DOM composition of soil and stream water was determined by fluorescence spectroscopy combined with PARAFAC (parallel factor analysis) modeling built from excitation-emission matrices. Exports from agricultural sources characterized by low aromatic, protein-like, microbial-derived DOM were reported. This DOM is transported to the stream seasonally during inter-storm periods of very wet winters, by rising of the water table in arable hillslope soils, and occasionally in spring, during storm events that follow the animal manure application on catchment soils. The spatial organization of temporal dynamics of the DOM concentration and composition of soil waters suggested that they were controlled by combined effects of hydrology, soil properties and topography. DOM with fewer aromatic moieties is preferentially exported from organo-mineral horizons of hillslope soils. DOM loss from mineral soil horizons are partially balanced by DOM inputs from upper soils. The onset of reducing conditions in downslope soils produces aromatic DOM that is transported to the stream only during storm events. Hence, DOM from agricultural soils is more susceptible being transport to stream due to its composition and its location within the catchment. The question of the fate of these DOM in aquatic ecosystems is raised.

La préservation de la richesse aquatique est devenue un souci majeur d'ordre mondial suite au risque de pénurie en eau. Au Liban, les rejets anthropiques incontrôlés et incontrôlables au bord des rivières menacent la qualité de ses eaux de surface. Pour cela, quatre cours d'eau libanais ont été choisis comme cadre d'étude : la rivière Damour, la rivière Kadisha-Abou Ali, la rivière Ibrahim et la rivière Oronte.Les différents paramètres physico-chimiques et microbiologiques étudiés ont permis dans un premier temps la construction d'une base de données de chacune de ces rivières. Une seule analyse spatio-temporelle des paramètres séparément n'aide pas à définir l'état trophique des rivières. Partant de l'idée des corrélations que peuvent exister entre certains paramètres, l'Analyse en Composante Principale (ACP) retenant la totalité de l'information sera utilisée en dépit des méthodes classiques. Cet outil statistique a permis de classer les rivières par niveau de pollution. Il a aussi aidé à observer l'impact des apports des polluants sur les différentes stations de rivières étudiées.Pour suivre le devenir des coliformes fécaux dans les eaux, l'ACP des variables microbiologiques a montré la persistance des colonies bactériennes dans les eaux malgré les conditions climatiques diverses et le régime méditerranéen torrentiel des rivières. En effet, les sédiments constituent des réservoirs potentiels de microorganismes pathogènes. Le décrochage bactérien des agrégats sédimentaires et la remise en suspension dans l'eau pose un problème alarmant de santé publique. / Preservation of aquatic wealth has worldwide become a major concern due to the risk of water shortage. In Lebanon, uncontrolled and uncontrollable anthropogenic rejections along rivers threaten the quality of its surface waters. Four Lebanese rivers were selected as study framework: The Damour river, Kadisha-Abu Ali river, Ibrahim river and Orontes river. The physico-chemical and microbiological parameters analyzed has formed a large database of these rivers. The spatio-temporal analysis of separate parameters did not help defining the trophic status of rivers. The assumption that correlations exist between certain parameters, guides us to use the Principal Component Analysis (PCA) in spite of conventional methods. This statistical tool was used to define the pollution levels in rivers. It also leads to observe the impact of pollutants inflows on different sites studied. To follow the fate of fecal coliform in water, the ACP of microbiological variables showed the persistence of bacterial colonies in water despite the various climatic conditions and the Mediterranean flow rate. Indeed, sediments are potential reservoirs of pathogenic microorganisms. The bacteria aggregated to the sediment can be present again in water column causing an alarming public health problem.