Thèse en cotutelle: Université Laval Québec, Canada et Aix Marseille Université, Aix en Provence, France / L’augmentation de la décomposition de la matière organique des cryosols arctiques sous l’effet du réchauffement et de la dégradation du pergélisol contribuerait à une rétroaction positive sur les changements climatiques. Nous étudions les interactions entre le régime thermique, le comportement hydrique et le fonctionnement biogéochimique de deux cryosols, l’un développé dans une tourbière (cryosol histique : H) et l’autre dans des argiles marines postglaciaires (cryosol turbique : T), en conditions naturelles et réchauffées expérimentalement. Les profils ont été instrumentés à Salluit (Nunavik, Canada ; 62°14’N, 75°38’W) et les mesures ont été faites pendant les étés 2010 et 2011. Du fait des propriétés isolantes de la tourbe, la couche active du site H est moins épaisse que celle du site T. Le réchauffement augmente la respiration de l’écosystème (ER) de manière plus intense pour H que pour T, bien que ER pour H soit plus faible. La sensibilité thermique de ER (Q10) est supérieure pour T que pour H et diminue avec le réchauffement pour les deux sols. L’étude montre que les cycles journaliers de ER forment des hystérésis en fonction de la température de surface du sol. L’explication de la variance de ER est améliorée lorsqu’on prend en compte la température minimale de la journée et la profondeur du front de dégel pour H. Pour T, l’ajout de la vitesse du vent et la radiation solaire améliore l’explication de la variance de ER. Nous montrons trois dynamiques spécifiques aux écosystèmes nordiques : 1) ER est dépendante des propriétés du sol et de la composition de la solution du sol ; 2) des variables thermo-indépendantes affectent significativement ER et 3) Q10 évolue au cours de la journée, la respiration basale varie d’une année sur l’autre. La décomposition de la matière organique serait la principale source de CO2 pour H alors que les processus végétaux contrôleraient ER pour T. L’approfondissement du front de dégel contrôle les concentrations des solutés dans la solution des deux cryosols. Nos résultats contribuent à la compréhension et à l’extrapolation des mesures ponctuelles dans les écosystèmes de toundra, pouvant amener à l’amélioration de la modélisation du cycle du carbone dans les cryosols. Mots clés : cryosol histique et turbique, modélisation thermique, teneur en eau volumique, toundra, réchauffement expérimental, respiration de l’écosystème, solution du sol, pergélisol arctique, décomposition de la matière organique, respiration dérivée de la végétation. / Increased organic mater decomposition rate in Arctic Cryosols due to warming and to permafrost thawing can lead to the release of greenhouse gases, thus potentially creating a positive feedback on climate change. We aim to assess the interactions between the thermal regime, the hydric behaviour and the biogeochemical functioning of two different permafrostaffected soils (i.e. Cryosols), one being developed in frozen peat (Histic Cryosol: H), the other being developed in postglacial marine clays (Turbic Cryosol: T), both in natural conditions and under an experimental warming. Profiles were instrumented in Salluit (Nunavik, Canada; 62°14’N, 75°38’W) and monitored during summers 2010 and 2011. Both thermal monitoring and modeling results stressed differences between sites due to the insulating properties of dried peat in summer the active layer at the H site is thinner than at the T site. The induced warming increased CO2 fluxes in both soils; this impact was however more striking at H even if ecosystem respiration (ER) was lower than at T. Temperature sensitivity of ER (Q10), which decreased with warming, was higher at T than at H. We highlighted that diurnal ER cycles showed hysteretic loops as a function of soil surface temperatures. Linear models performed to explain ER variance were improved when we added daily minimum temperature and thaw front depth at H. In contrast at T, adding wind speed and solar radiation in models improved the ER variance explanation. We showed three specific CO2 flux dynamics related to northern ecosystems: 1) the large difference of ER depending on soil properties and soil solution composition; 2) environmental variables strongly alter CO2 fluxes and 3) the diurnal Q10 variations and the inter annual variability of basal respiration. Our results support the assumption that organic matter decomposition might be the major source of CO2 at H while plant-derived processes dominated ER at T. Finally, the thaw front depth controlled solute concentrations in the soil solution at H and T. Our results contribute to understand and extrapolate the numerous punctual measurements of CO2 fluxes from tundra ecosystems, improving carbon cycle modeling in Cryosols. Keywords: Histic and Turbic Cryosol, Thermal modeling, Volumetric water content, Tundra, Experimental warming, Ecosystem respiration, Soil solution, Arctic permafrost, Organic matter decomposition, Plant-derived respiration.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / On observe présentement une augmentation du couvert arbustif à l'échelle circumpolaire, mais les déterminants de cette arbustation à l'échelle du paysage sont encore mal compris. Dans cette étude, nous avons adopté une approche de modélisation des changements de couvert afin d'identifier les variables déterminant l'augmentation du couvert arbustif à proximité d'Umiujaq, Québec. Nous avons modélisé les changements survenus entre 1990/1994 et 2010 et avons utilisé ces modèles afin de générer des prédictions sur l'augmentation du couvert arbustif. Nous avons trouvé que les arbustes tendent à coloniser plus facilement les sites à basse altitude ainsi que les pentes modérées, alors que leur couvert est plus susceptible d'augmenter à proximité de peuplements arbustifs déjà existants. Les probabilités d'arbustation prédites dans la région étaient cohérentes avec les patrons de changement inférés par les observations sur le terrain, mais pas par les changements récents de NDVI (normalized difference vegetation index, ou indice de végétation par différence normalisée) dans la région. Nos résultats indiquent que davantage de recherche est requise sur les impacts à grande échelle de l'arbustation sur les écosystèmes nordiques et sur le lien entre les changements de couvert végétal et les variations dans les indices dérivés de données de télédétection. / A circumpolar increase in shrub cover has been underway in northern ecosystems in recent decades, but the landscape-scale drivers of this shrubification are not well understood. In this study, we adopted a land cover change modelling approach to identify variables driving shrub cover increase near Umiujaq, Québec. We modelled land cover change in this area over the period 1990/1994-2010 and used these models to generate spatially explicit predictions of shrub cover increase. We found that shrubs tended to colonize low-elevation areas and moderate slopes more easily, whereas their cover was more likely to increase in the vicinity of existing shrub stands. The predicted probabilities of shrub cover increase in the region were consistent with patterns of change inferred from field observations, but not from recent local changes in NDVI (normalized difference vegetation index). Our findings warrant further research on the large-scale impacts of shrubification on ecosystem function and the link between land cover changes and variations in indices derived from remote sensing.

Ce travail contribue au champ d’études sur l’adoption de politique publique des États américains en étudiant quantitativement leurs réactions à l’enjeu du réchauffement climatique. Suivant l’approche des déterminants internes, des facteurs économiques, politiques et environnementaux sont utilisés pour expliquer la densité réglementaire étatique limitant la production de gaz à effet de serre. La variable dépendante constitue la principale contribution de ce travail puisqu’elle incarne une revue exhaustive des options législatives adoptées par les États américains et les regroupe en six catégories. Les déterminants internes identifiés permettent d’expliquer pourquoi certains États sont des instigateurs ou des retardataires dans le dossier du réchauffement climatique. Les principaux facteurs explicatifs sont la présence d’une population idéologiquement libérale et de groupes d’intérêts environnementaux forts. / This paper contributes to the state policy adoption literature by studding the legislative response of the American states to global warming. We quantitatively test hypotheses drawn from internal determinants models of policy adoption to explain why some states are leaders and other laggards in climate change. Our dependent variable is a grouping of all the important types of measures adopted by states to limit the production of greenhouse gases in six categories. To explain the number of measures adopted by each state, we include in our model economic, political and geographic variables that have an impact on the adoption of climate change policies. The results show that the strongest explanatory factors are the presence of an ideologically liberal population and of strong environmental interest groups.

Prédire les réponses de la biodiversité aux changements climatiques anthropiques est devenu un champ de recherche avec des enjeux scientifiques et sociétaux majeurs. Mon travail de thèse a consisté à évaluer les impacts du réchauffement climatique sur un parasitoïde de drosophiles, Leptopilina boulardi, à une petite échelle géographique, le sud-est de la France. L'objectif était non seulement d'examiner l'évolution de la distribution du parasitoïde en réponse à une hausse des températures qu'il fallait préciser à cette échelle géographique, mais aussi d'appréhender les adaptations mises en place dans la zone de progression de l'espèce. Dans un premier temps, l'analyse de données d'échantillonnages et de données météorologiques m'ont permis de mettre en évidence une rapide expansion de l'aire de répartition du parasitoïde vers le nord, à un taux moyen de 90km/décennie, simultanément à une augmentation moyenne de la température de 1,57°C ces 30 dernières années, dans l'aire d'étude. Après avoir identifié les principaux facteurs environnementaux, structurant la répartition spatiale de L. boulardi, j'ai modélisé sa distribution potentielle dans le sud-est de la France, sous conditions climatiques actuelles et pour 2050, pour deux scénarios d'émission de CO2. En 2050, la distribution géographique de L. boulardi devrait considérablement s'étendre vers le nord sous l'effet des changements climatiques. Ensuite, en mesurant plusieurs traits d'histoire de vie selon 4 régimes thermiques fluctuants, j'ai montré que les populations de L. boulardi situées en limite d'aire de répartition sont génétiquement différenciées de celles situées dans l'aire centrale de répartition. Le fait que les populations marginales aient une valeur sélective plus importante à faible température suggère une adaptation locale des parasitoïdes dans la zone de progression de l'aire de répartition. La dernière partie de ce travail de thèse a pour objectif de mieux comprendre le processus de colonisation de L. boulardi. Pour cela, j'ai entrepris le développement de marqueurs RAD-sequencing sur 15 populations de cette espèce, distribuées le long d'un cline de latitude dans le sud-est de la France. Les nombreuses données issues du séquençage Illumina me permettront de connaître la structuration génétique de ces populations. L'ensemble de ces résultats obtenus au cours de ma thèse révèlent la force avec laquelle les changements climatiques peuvent impacter les espèces, principalement celles de haut niveau trophique, en provoquant des changements très rapide de distribution et des modifications génotypiques et phénotypiques permettant une meilleure adaptation locale / Predicting biodiversity responses to anthropogenic climate change has become a field of research with major scientific and societal issues. The main goal of my thesis was to evaluate the impacts of global warming on a Drosophila parasitoid, Leptopilina boulardi, at a small geographical scale, the South-East of France. The aim was not only to examine the change in the distribution of the parasitoid in response to rising temperatures, but also to understand the adaptations associated with this change. First, the analysis of insect sampling and meteorological data allowed me to demonstrate a rapid expansion of the parasitoid range to the north with an average rate of 90km/decade as well as a simultaneous temperature increase of 1.57°C on average over the past 30 years in the studied area. Following the identification of the main environmental factors structuring the spatial distribution of L. boulardi, I fitted a model predicting its potential distribution in the south-east of France, under the current climate and in 2050, for two CO2 emission scenarios. In 2050, the geographical distribution of L. boulardi should significantly extend northward as a result of climate change. Then, by measuring several life history traits under four fluctuating temperature regimes, I have shown that populations of L. boulardi located on the border of the range are genetically differentiated from those in the central range. The fact that marginal populations have a greater fitness at low temperature suggests local adaptation of parasitoids in the area of progression of range. The last part of this thesis aimed to better understand the process of colonization of L. boulardi. For this, I undertook the development of RAD-sequencing markers to genotype 15 populations of this species distributed along a cline of latitude in the southeast of France. Numerous data from Illumina sequencing will allow me to characterize the genetic structure of the populations. All the results obtained in my thesis highlight the force with which climate change may impact species, in particular those of high trophic level, causing rapid changes in distribution along with genotypic and phenotypic changes underlying local adaptation

Le contexte de crise dans lequel évolue notre monde représente une question fondamentale et incontournable. Les récentes catastrophes dans l’ensemble des continents sont la preuve du bouleversement de nos sociétés et de la biodiversité. Cette crise a plusieurs dimensions : économique, sociale, politique, juridique et environnemental. Nous avons centré notre recherche sur la crise des déchets, crise représentative de l’ensemble de ces facteurs. Ce problème affecte l’ensemble de nos civilisations et ses effets sur le système naturel sont irréversibles. De plus, cette crise nécessite une réponse immédiate et durable car il y va de l'avenir de l’ensemble de la planète. Si tous les pays sont concernés par cette problématique, elle se décline différemment dans une même zone géographique. Elle est à la fois anthropique et naturelle. Elle implique toutes les parties prenantes au niveau local et international. La revue de littérature révèle un manque de données chiffrées au niveau de l'Afrique et l'échec de certains projets non adaptés aux critères locaux. Nous souhaitons prendre pour base théorique la théorie de l'économie circulaire et celle des externalités. Cela permet de mettre en évidence à la fois des externalités positives et négatives, mais aussi de s'inscrire dans une démarche résolument positive. Cette dernière voie consiste à considérer le déchet comme une source de valeur. Cette conception du déchet permet de répondre aux besoins présents et de modifier la vision généralement négative de ce concept. Il s’agit de transformer le problème de déchets en un gisement durable face aux besoins énergétiques croissants, la dégradation des ressources naturelles, la préservation des sols et la modification de nos modes de consommation de masse vers une stratégie zéro déchet ainsi que la valorisation d’une agriculture respectueuse du développement durable. Notre travail de recherche met également en évidence la place incontournable du secteur informel en Afrique, la nécessité de coordonner le travail des acteurs sur le terrain et le développement des emplois verts. Cette démarche positive est possible en associant l’ensemble des stratégies à une communication innovante et l’implication des populations locales aux projets. / The crisis context in which our world is evolving is a fundamental and inescapable question. Recent disasters all over the continents are the proof of this dramatic concern for our world and its biodiversity. It is variable: it is either economic, political, legal and environmental. That is why our work is about waste crisis. This problem affects all our civilizations and its results are irreversible for our natural system. Furthermore, it needs immediate and sustainable responses because it is linked with the future of our planet. All countries are concerned about this problematic. However, it shows different faces even in the same geographical area. This crisis is anthropogenic and natural. It involves all national and international stakeholders. Literature reviews reveal a lack of data in Africa and the failure of projects not unsuited to local contexts. We develop several theories: circular economics, negative and positive externalities and the theory of social and supporting economy. Our work is about the importance of informal sectors in Africa, the coordination of actors in the field and the development of green jobs. This positive way is possible with innovative communication strategies and the involvement of population in local projects.

Le réchauffement climatique dû à l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre constitue l’une des problématiques majeures actuelles. Dans ce contexte, le stockage du CO2 dans des réservoirs géologiques se présente comme un moyen susceptible de limiter les conséquences de ces émissions sur l’environnement. Pour des raisons sécuritaires, cette méthode de gestion nécessite une surveillance continue des réservoirs de stockage à l’aide de capteur IR pouvant descendre dans les puits. L’application de cette technologie nécessite également de connaître le comportement du CO2 lors des différentes étapes de stockage, notamment lorsqu’il est dans son état supercritique. C’est pourquoi la microfluidique est actuellement utilisée afin de simuler et comprendre les phénomènes liés à l’injection et au stockage du CO2 sous forme supercritique. La mise en œuvre d’une telle approche requiert : (i) le développement de nouvelles solutions compactes pour la surveillance in situ des réservoirs en continu pour sécuriser les sites de stockage et; (ii) la bonne compréhension du comportement du CO2 lors des différentes étapes de stockage.Le premier axe de recherche consiste à synthétiser des matériaux vitreux afin d’optimiser l’efficacité d’un capteur optique de CO2 pour la surveillance des sites de stockage en aquifère salin et susceptible de détecter d’autres gaz, tels le méthane ou le monoxyde de carbone. Le capteur doit pouvoir être déployé en profondeur et capable de détecter des concentrations inférieures à 1000 ppmv pour repérer rapidement d’éventuelles fuites. Les verres de chalcogénures dopés avec des ions de terres rares spécifiques, peuvent produire une luminescence qui peut ensuite être utilisée pour détecter les signatures infrarouges de toutes les molécules possédant des bandes d'absorption dans la région spectrale 3-5 µm. Les compositions vitreuses Ga5Ge20Sb10(Se,S)65 (%mol.) dopées Pr3+ et Dy3+ ont été développées en vue de réaliser un capteur environnemental de CO2. Le potentiel de ces matériaux pour la multidétection de gaz (CO2, CH4 et CO) a également été exploré.Les systèmes microfluidiques HP/HT actuels ne permettent pas de coupler simultanément la spectroscopie infrarouge et Raman à ces dispositifs. Ce problème est dû à l’utilisation du verre Pyrex associé au wafer de silicium pour la fabrication des microréacteurs. C’est pourquoi le deuxième axe de recherche développé au cours de cette thèse vise à explorer différents systèmes vitreux pour trouver une alternative au Pyrex. Le verre en question doit présenter le meilleur compromis entre les propriétés optiques, thermomécaniques et électriques visées. Ainsi, des verres à base de GeO2 ont été développés pour répondre aux spécifications attendues, telle que le procédé de collage anodique utilisé pour fixer le verre au wafer de silicium. La composition vitreuse retenue pour les tests est 70GeO2-15Al2O3-10La2O3-5Na2O (%mol.). / Global warming due to the increase of greenhouse gas emissions is one of the main current challenges. In this context, the CO2 storage in geological reservoirs appears as a likely way to limit the consequences of these emissions on the environment. For safety reasons, this management method requires continuous monitoring of the storage tanks by using IR sensors who can go down into the wells. The application of this technology also requires to know the CO2 behavior during various storage steps, in particular when it is in its supercritical state. This is why microfluidics is currently used to simulate and understand the phenomena related to the injection and storage of CO2 in supercritical form. The implementation of such approach requires: (i) the development of novel compact solutions for in situ continuous gas monitoring to secure the storage site and; (ii) a better understanding of the CO2 behavior during the different storage steps.The first research axis of this thesis has consisted in developing vitreous active materials to increase the efficiency of optical CO2 sensor (and eventually other gas like CH4 or CO) for their continuous monitoring in saline aquifer storage sites. This sensor must be able to be deployed in depth and be sensitive to CO2 concentrations below 1000 ppmv to quickly identify any leak. Chalcogenide glasses doped with specific rare earth ions may provide broadband luminescence that can be used to detect infrared signatures of all molecules whose absorption bands are located in the 3-5 µm spectral region. Glass compositions Ga5Ge20Sb10(Se,S)65 (mol.%) doped Pr3+ and Dy3+ have been developed in order to be integrated into a functional environmental CO2 sensor. The multi-sensing gas (CO2, CH4 and CO) potential of these materials has also been investigated.Current HP/HT microfluidic systems do not allow coupling FTIR and Raman spectroscopies. This problem is due to the using of Pyrex glass for the manufacture of these microreactors. That is why the second research axis developed during this thesis has consisted in exploring various vitreous systems to propose an alternative to the Pyrex glass. The target glass had to demonstrate the best compromise between the desired optical, thermomechanical and electrical properties. In this way, glasses based on GeO2 have been developed to meet these specifications, such as the anodic bonding process used to attach the glass on the silicon wafer. The glass composition selected after the completed studies is 70GeO2-15Al2O3-10La2O3-5Na2O (mol.%)

La viticulture dépend des conditions climatiques. Dans le contexte de réchauffement climatique, les changements de la vigne et du raisin sous l’effet des températures élevées vraisemblables pour les prochaines décennies pourraient modifier l’aire de répartition des cépages et même menacer la durabilité de la viticulture des régions chaudes. L’objectif de cette étude était donc d’analyser les effets de l’élévation de température sur la composition du raisin, du transcriptome au métabolome. L’utilisation d’un système « open top » passif au vignoble a permis d’augmenter la température autour des grappes de 0.5-1.6 °C en moyenne, une valeur compatible avec le réchauffement climatique prévisible. Les expérimentations ont été conduites sur Cabernet Sauvignon (CS) et Sauvignon Blanc (SB), de la nouaison à la surmaturité, à Bordeaux (France) et en Barossa Valley (Australie). Les analyses ont ciblé essentiellement les métabolites primaires, les composés phénoliques et aromatiques (l’IBMP, arôme de poivron vert; les précurseurs de 3SH, arôme de pamplemousse et la ß-damascenone, arômes floraux). En complément, des analyses RNA-seq et q-PCR ont été réalisées pour explorer la réponse transcriptomique à cet échauffement modéré en conditions réalistes de vignoble.L’échauffement modéré a peu affecté les concentrations en sucres, acides et total en acides aminés, mais a modifié la distribution des différents acides aminés. La composition en acides aminés s’est principalement différenciée suivant la variété, le stade de développement et le site expérimental.Les concentrations finales en IBMP n’ont pas été affectées par l’échauffement. Cependant, à la fermeture de la grappe, les baies de CS échauffées avaient une moindre concentration en IBMP associée à une sous-expression de VviOMT3. La concentration en IBMP des baies de SB échauffées n’a pas montré de différenciation, bien que les niveaux d’expression de VviOMT3 et VviOMT4 soient diminués. Les effets limités et dépendant du génotype suggèrent qu’une augmentation modérée de la température ne serait pas suffisante pour modifier significativement l’IBMP.Glut-3SH-Al était bien plus concentrée que Glut-3SH et Cys-3SH. le traitement échauffé a fait diminuer la présence de Glut-3SH-Al et Cys-3SH dans les baies de SB, en association avec une sous-expression de VviGST4. Par ailleurs, VIT_08s0007g01420 (GSTU8) a été réprimé par le traitement, et pourrait donc être un gène candidat potentiel impliqué dans la biosynthèse de précurseurs de 3SH.Pour les baies de CS, les concentrations en caroténoïdes totaux et celles des deux caroténoïdes majeurs (la lutéine et le β-carotène) n’ont pas réagi à l’augmentation de température. La zéaxanthine a montré une tendance à la diminution sous l’effet de l’échauffement, jusqu’à une diminution significative. Cette concentration plus faible pourrait limiter la biosynthèse de β-damascenone et expliquer la plus faible teneur en β-damascenone observée dans les baies à sur-maturité en cas de température élevée.Un total de 357 gènes (DEGs) ont été différentiellement exprimés en réponse à l’augmentation de température pour les échantillons de 2015 à Bordeaux. D’après l’analyse d’enrichissement « Gene Ontology », le traitement a principalement régulé quatre catégories en relation avec les microtubules, la paroi cellulaire, l’espace extracellulaire et l’activité des facteurs de transcription. 6 DEGs liés à la biosynthèse des anthocyanes ont été régulés négativement, ce qui pourrait expliquer, au moins en partie, la concentration réduite en anthocyanes totaux observée dans les baies de CS échauffées. En revanche, les tanins n’ont pas été affectés par l’augmentation de la température. / Viticulture depends on climate conditions during the growing season. In the context of global warming, any changes in viticulture caused by the rising temperatures expected for the next decades may alter the geographical distribution of grape varieties and even threaten the sustainability of viticulture in hot areas. The objective of this research was to investigate the effects of moderately elevated temperature on grape composition, both at metabolic and transcriptomic levels. A passive open-top heating system was applied in Cabernet Sauvignon (CS) and Sauvignon Blanc (SB) vines grown with standard practice in Bordeaux, France and the Barossa Valley, Australia (CS only) to increase the bunch zone mean temperature by around 0.5-1.6 °C, which was commensurate with the projected global warming. This moderate heating was applied from fruit-set to two weeks after harvest. Metabolites related to technical, phenolic and aromatic maturities (IBMP, the green pepper aroma, precursors of 3SH, grapefruit aroma, and β-damascenone, floral aroma) were assessed, together with transcriptome analysis via RNA-seq and q-PCR, in order to obtain a comprehensive view of berry responses to this moderately elevated temperature in realistic vineyard conditions.The moderately elevated temperature hardly affected the concentrations of sugars, organic acids and total amino acids, but it altered free amino acid composition depending on varieties, vintages and locations.The final concentrations of IBMP were not affected by warming condition in mature berries. However, the elevated temperature significantly reduced IBMP content and expression level of VviOMT3 (a known key gene of IBMP) in CS berries at bunch closure stage, while it reduced the expression levels of VviOMT3 and VviOMT4 at bunch closure stage without affecting IBMP concentration in SB berries. This limited and genotype-dependent effect of elevated temperature suggests that a moderate temperature elevation may not be sufficient to significantly modify IBMP.Glut-3SH-Al was much more concentrated than Glut-3SH and Cys-3SH. Reduced Glut-3SH-Al and Cys-3SH concentrations were associated with a significantly lower expression level of VviGST4 in heated SB berries. Meanwhile, VIT_08s0007g01420 (GSTU8), was down-regulated by elevated temperature and might be a potential candidate gene involved in the biosynthesis of precursors of 3SH.The concentrations of total carotenoids and two predominant carotenoids (lutein and β-carotene) were not altered by elevated temperature in CS berries, but zeaxanthin was reduced by elevated temperature and was significantly less concentrated at harvest. This lower concentration may limit the biosynthesis of β-damascenone and explain the observed lower β-damascenone concentration in post-ripening berries under elevated temperature.A total of 357 genes were differentially expressed (DEGs) in response to the elevated temperature in Bordeaux samples in 2015. Enrichment analysis of Gene Ontology showed that temperature mainly regulated four GO categories, including microtubule, cell wall, extracellular region, and transcription factor activity. 6 DEGs related to anthocyanins synthesis were down-regulated and it could explain, at least in part, the observed lower total anthocyanins in warmed CS. Conversely, tannins were not affected by elevated temperature.The results provide a better understanding of potential global warming effects on metabolite changes during berry development, along with novel molecular insights into the response of grape berry to moderate heating in vineyard conditions.

L'étude de la variabilité des cyclones extra-tropicaux (ETC) est non seulement un sujet d'intérêt pour la communauté scientifique mais aussi d'une grande importance en raison de ses impacts socio-économiques. Toutefois, l'étude continué de la variabilité des ETC et de leurs impacts est encore rare, en particulier a l'échelle de temps du Xeme siècle. Cette thèse vise a étudier la variabilité des trajectoires de tempêtes et de leurs dégâts associés du début du Xxeme siècle a 2010. Pour ce faire, le travail est divisé en deux sections principales, l'une dédiée a la climatologie des ETCs au cours du siècle dernier a partir de données de réanalyse, et la seconde centrée sur le calcul d'indices de pertes et l'évaluation des risques induits par les tempêtes. On s'intéresse en premier lieu a l'étude de la variabilité des ETCs par l'application d'un algorithme de suivi de cyclone, sur la réanalyse de long terme du Centre Européen (ECMWF) ERA-20C. Le nombre annuel d'ETC modérées a intenses fait ressortir trois périodes historiques distinctes. Deux périodes, l'une au début et la seconde à la fin du Xeme siècle (1900-1935 et 1980-2010) ne présentent aucune tendance tandis qu'au milieu du siècle (1930-1980) une tendance significative à l'augmentation apparait. Cette dernière peut toutefois être interrogée en raison de l'inhomogénéité temporelle des réanalyses de long terme. Pour cette raison, un ensemble de paramètres physiques sont analysés en vue d'interpréter physiquement les trois périodes. Durant la période 1930-1980, un refroidissement général de l'atmosphère est observé, en particulier aux hautes latitudes, qui augmente le gradient méridien de température et en conséquence la baroclinicité et la conversion barocline. Par ailleurs, cette augmentation de la fréquence d'ETC est observée spécifiquement sur le Pacifique (Atlantique) au cours de la première (seconde) moitié de la période en lien avec une inversion de l'indice Oscillation Décennale du Pacifique (Oscillation Multidecennale Atlantique). La seconde partie de la thèse s'intéresse à l'analyse des tempête scausant les plus forts dégâts du Xeme siècle. Tout d'abord, on calcule un champ d'indices de dégâts de vents forts pour plus de vingt pays. On développe ensuite une Méthode de Suivi de Tempêtes de Forts Dégâts et les résultats de l'algorithme de suivi sont combinés avec les indices de dégâts de vents forts pour chaque pays. [...] / Extratropical cyclones (ETCs) variability is not only a subject that raises interest among the scientific community, but also extremely important in terms of social-economical impacts. Nevertheless, the study of both the extratropical cyclones variability and windstorms impacts is still scarce, particularly at time-scales that cover the twentieth century. This thesis aims to study, both storms track variability and associated losses from the beginning of the 20th century until 2010. In order to do so, the work was separated in two main parts, one witch focus on ETCs climatology during the last century using reanalysis data and another focused on loss indexes calculations and risk assessment of windstorms. The first part of this PhD concerns the study of ETCs variability after applying a tracking algorithm on the long-term ECMWF reanalysis ERA-20C. The number of ETCs per year shows three distinct periods for the moderate and deep cyclones. Two periods, one at the beginning and another at end of the century (1900-1935 and 1980-2010) for which no significant e trends are observed and a middle-century period between 1935-1980 which presents a significant positive trend. This last trend, however, a deeper analysis on this period should be done due to time-inhomogeneity of long-term reanalysis datasets. For this reason, a set of physical parameters are analysed and a physical interpretation made for each one of the periods. During the middle period, a general cooling of the atmosphere is observed, particularly at high-latitudes, which increases the meridional gradients of temperature and consequently baroclinicity and baroclinic conversion. Besides that, this increase is also observed more specifically in the Pacific (Atlantic) in the first (second) half of this period and linked with a Pacific Decadal Oscillation (Atlantic Multidecadal Oscillation) change in signs. On the opposite, the first and third periods are related with warmer polar temperatures that are more intense in the third period but never reach the upper levels of the troposphere. This creates differential changes in baroclinicity. On the one hand, baroclinicity decreases at lower levels and, on the other hand increases at upper levels. The second part of this thesis is focused on the analysis of the most damaging windstorms of the century. First, Loss and Meteorological indexes Pinto et al 2012 are computed for more than twenty countries. Then, a High-Loss Tracking Method is developed and the tracking algorithm trajectories are matched with the LI and MI information for each country. [...]

Alors que depuis un peu plus de 2000 ans, le niveau moyen de la mer a peu varié, ce niveau s'est élevé d'environ 2 mm/an au cours du 20ème siècle. Cette hausse soudaine est attribuée au réchauffement climatique d'origine anthropique enregistré depuis plusieurs décennies. Depuis une douzaine d'années, on mesure de façon globale et précise les variations du niveau de la mer grâce aux satellites altimétriques Topex/Poseidon et Jason-1. Ces observations indiquent une hausse moyenne globale d'environ 3 mm/an depuis 1993, valeur sensiblement plus grande que celle des dernières décennies. <br />Diverses observations disponibles depuis peu nous ont permis de quantifier les contributions des divers facteurs climatiques à la hausse observée du niveau de la mer : expansion thermique de la mer due au réchauffement des océans, fonte des glaciers de montagne et des calottes polaires, apport d'eau des réservoirs continentaux. Le bilan de ces nouvelles observations nous permet d'expliquer en partie la hausse observée du niveau de la mer. En particulier, nous montrons que l'expansion thermique des océans n'explique que 25% de la hausse séculaire du niveau de la mer enregistrée par les marégraphes depuis 50 ans, tandis qu'elle contribue à la hauteur de 50% à la montée du niveau marin au cours de la dernière décennie. Parallèlement, des études récentes estiment que la fonte des glaciers de montagne et des calottes polaires pourraient contribuer pour environ 1 mm/an à l'élévation du niveau de la mer au cours de la dernière décennie. <br />De plus, la forte variabilité régionale des vitesses d'évolution du niveau de la mer révélée par les observations altimétriques de Topex/Poseidon résulte en grande partie de l'expansion thermique. Nous mettons également en lumière l'importante variabilité spatio-temporelle décennale de l'expansion thermique des océans au cours des 50 dernières années, qui semble dominée par les fluctuations naturelles du climat. De plus nous posons pour la première fois la question du lien qui existe entre les fluctuations décennales de l'expansion thermique des océans et la contribution climatique des eaux continentales au niveau de la mer. Enfin, une analyse préliminaire des observations gravimétriques de la mission spatiale GRACE sur les océans nous permet d'évaluer les variations saisonnières du niveau moyen de la mer liées aux variations du bilan de masse d'eau des océans.

Les estimations récentes montrent que le niveau moyen de la mer a monté de quelque vingt centimètres au cours du siècle dernier avec un rythme supérieur depuis 1993 (entre 2,9 et 3,7 mm/an).<br />Cette évolution aura un impact sur les populations côtières et sera à l'origine de risques naturels accrus. <br />Ainsi les composantes du niveau marin font l'objet de nombreux travaux scientifiques d'autant qu'ils font partie des meilleurs indicateurs pour évaluer le réchauffement climatique. Les études montrent qu'il faut disposer de séries temporelles de mesures supérieures à 60 ans pour estimer des tendances fiables sur les composantes du niveau marin. L'observation et la reconstitution des fluctuations de ce niveau sur les derniers siècles s'inscrivent au coeur des grands programmes de recherche sur le réchauffement planétaire.<br /><br />Ces estimations masquent une grande variabilité d'une région à une autre. Qu'en est-il pour la côte atlantique française ? Le niveau moyen de la mer a-t-il évolué ? Quand ? De combien ? Autant de questions auxquelles nous allons tenter de répondre dans la partie II avec la série marégraphique de Brest, observatoire exceptionnel où des mesures systématiques du niveau de la mer sont réalisées depuis 1679 !<br /><br />Mais avant cela, il était nécessaire de rechercher toutes les données anciennes de marégraphie potentiellement encore en archives, et dont la validation devait se révéler difficile. La partie I traite alors de l'évolution des méthodes d'observation du niveau marin en France, préalable indispensable au ciblage de nos recherches de mesures anciennes, d'une part, et donnée fondamentale pour compléter les séries d'observations contemporaines par les mesures anciennes retrouvées, d'autre part.