Dans l’Univers, on observe des galaxies lointaines ne formant plus d’étoiles, mais les astrophysiciens n’ont pas encore identifié avec certitude les phénomènes physiques à l’origine de leur “mort”. Pour apporter des éléments de réponse, je me suis penchée sur l’étude de phénomènes qui pourraient y jouer un rôle : les processus de rétroaction des étoiles et des trous noirs supermassifs actifs, la formation stellaire, et les vents galactiques. Le Chapitre 1 présente toutes les notions nécessaires à la compréhension du problème : les caractéristiques des galaxies typiques de l’Univers proche et lointain ; les vents galactiques ; la mort des galaxies; les trous noirs supermassifs actifs (noyaux actifs de galaxies, AGN) et les étoiles ; et leur rétroaction. Dans le Chapitre 2, je présente les techniques numériques utilisées : le code de simulations astrophysiques RAMSES et le code de transfert radiatif Cloudy, que j’ai utilisé pour développer une méthode de calcul de l’état d’ionisation d’une galaxie, détaillée au Chapitre 3. Le Chapitre 4 étudie le couplage entre les trous noirs actifs et les étoiles, avec le projet POGO, Origines Physiques des Vents Galactiques. Durant cette thèse, j’ai montré que les trous noirs actifs n’étaient pas en mesure de tuer subitement leur hôte, même en prenant en compte la rétroaction des étoiles, et que leur couplage peut réduire ou renforcer les vents dans les galaxies en fonction de leur masse. Le Chapitre 5 fait un état de l’art du domaine avant et pendant mon doctorat, reprend les conclusions de cette thèse et donne quelques perspectives, notamment en ce qui concerne le rôle additionnel des rayons cosmiques dans la mort des galaxies / In the Universe, we observe galaxies forming no, or almost no, stars anymore, but astrophysicists do not know yet what physical mechanisms cause their “death”. To give clues to solve the problem, I studied feedback processes from stars and active supermassive black holes, star formation and galactic outflows. Chapter 1 presents all the notions to understand the problem: the characteristics of typical galaxies in the local and distant Universe, galactic outflows, galaxy death, active supermassive black holes, stars, and their feedback processes. In Chapter 2, I describe the numerical techniques I used: the simulation code RAMSES, and the radiative transfer code Cloudy, which I used to develop a computation method to get the ionization state of an entire galaxy. This method is presented in Chapter 3. Chapter 4 studies the coupling between the feedback processes of active supermassive black holes and stars, with the POGO project, Physical Origins of Galactic Outflows. During this thesis, I showed that typical active supermassive black hole cannot suddenly kill their host, even when stellar feedback processes are accounted for, and that their coupling either reduces or enhances the mass outflow rate depending on the mass of the host. In Chapter 5, I give a state-of-the-art about active supermassive black holes before and during my thesis, sum up the conclusions of the work, and give perspectives to enlarge the scope of the study, especially regarding the additional role of cosmic rays in the death of galaxies

Thesis (Ph.D.)--Joint Program in Oceanography (Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences and the Woods Hole Oceanographic Institution), 2000. / Vita. / Includes bibliographical references (leaves 179-187). / A spectral camera (ALISS - Ambient Light Imaging and Spectral System) was used to image ambient light from high-temperature vents at 9°N East Pacific Rise and the Juan de Fuca Ridge during 1997 and 1998 Alvin dive cruises. ALISS is a low-light digital camera with custom-designed optics. A set of nine lenses, each covered by an individual bandpass filter (50 and 100 nm nominal bandwidths), allows vents to be imaged in nine wavelength bands simultaneously spanning the range of 400-1000 nm. Thus, both spatial and spectral information are obtained. ALISS was used to image three types of vents: black smokers, flange pools, and beehives. The primary source of light is thermal radiation due to the high temperature of the hydrothermal fluid (~350°C). This light is dominant at wavelengths greater than 700 nm. At flange pools, where the fluid is relatively stable, only thermal radiation is present. Black smokers and beehives, however, are subject to mixing with ambient seawater (2°C) leading to mineral precipitation. Data from these types of vents show the existence of non-thermal, temporally varying light in the 400-700 nm region. This light is probably caused by mechanisms related to mixing and precipitation, such as chemiluminescence, crystalloluminescence and triboluminescence. / by Sheri N. White. / Ph.D.

Despite over four decades of research on deep-sea hydrothermal vent ecosystems, major gaps remain in our understanding of these systems. Knowledge of microeukaryote diversity, abundance, and involvement in ecosystem function lags far behind that of prokaryotes, and contributions of the non-endosymbiotic microbiome in faunal assemblages to ecosystem processes and overall hydrothermal vent microbial diversity are not known. This research addresses these gaps using high-throughput sequencing of 16S/18S rRNA genes and metagenomes from vent and surrounding non-vent habitats encompassing diffuse hydrothermal fluids, plumes, deep seawater, and microbes in assemblages of the foundation tubeworm species Ridgeia piscesae. Co-occurrence/covariance is a central method used, first, between prokaryotes with known extreme habitat preferences and microeukaryotes to infer potential endemism in the latter, and then between microbes and fauna in R. piscesae assemblages to infer interspecies interactions. Microeukaryote distribution and abundance suggest potential vent endemic microeukarya are infrequently encountered, potentially in low abundance, and belong to novel lineages of Rhizaria and Stramenopila. Potential endemism is inferred for relatives of known apusomonads, excavates, and some clades of Syndiniales. R. piscesae assemblages are shown to be hotspots of microbial taxonomic richness and exhibit a robust temperature-driven distinction in assemblage composition above and below ~25°C spanning micro, meio and macro size classes and microbial domains (Bacteria, Archaea, and micro-Eukarya). Likely interacting faunal and microbial taxa among R. piscesae assemblages are identified as ‘core communities’, which included eight macro- and meiofaunal taxa and members of the Bacteroidetes and Epsilonbacteraeota in highT communities (>25°C) and more meiofaunal species in addition to Alpha- and Gammaproteobacteria, and Actinobacteria in lowT communities (<25°C). Core communities were used to guide metagenomic investigations of microbial functional potential. Exploratory metagenomic analysis required development of new methods to deal with compositional data. ‘Enrichment leanings’ were developed to prioritize in-depth functional comparisons between sample types, which revealed clades within core community microbes with differing functional potential between highT and lowT assemblages and between assemblages and fluids. The balance of autotrophy-heterotrophy genes and patterns of genes for different carbon, nitrogen, and sulfur-cycling processes were tested as potential metrics of community-level function but did not distinguish assemblages by highT/lowT designations. This research brings us closer to understanding hydrothermal vent ecosystem function and suggests sizeable continued discovery potential. / Graduate / 2022-06-08

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第21830号 / 農博第2343号 / 新制||農||1068(附属図書館) / 学位論文||H31||N5202(農学部図書室) / 京都大学大学院農学研究科応用生物科学専攻 / (主査)教授 佐藤 健司, 教授 澤山 茂樹, 准教授 豊原 治彦 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

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The Juan de Fuca Ridge, located 400 km off the coast of Washington State, is home to unstable and unpredictable hydrothermal vent sites where chemosynthetic communities flourish. In 2007 the manned submersible ALVIN retrieved a Ridgeia piscesae tubeworm community in its entirety from the side of the Tower sulfide edifice from the Endeavor segment of the Juan de Fuca Ridge (47 55.416720 N, 129 6.487020 W, at a depth of 2269 m) using the Bushmaster Jr. collection device. The collection was analyzed for community structure and the data collected were compared to that from several other hydrothermal vent communities. It was determined that substrate composition is a factor that heavily influences community structure. The data were then compared to the community succession model developed by Sarrazin et. al. in 1997 and 1999 (Sarrazin et. al. 1997, Sarrazin and Juniper 1999). The Tower community was found to expand the model as a new community succession classification; that of community iii low flow. The Tower community was then analyzed for diversity, structure and tubeworm morphology in conjunction with two other communities from differing substrata. The Ridgeia piscesae tubeworms were found to be of the "long skinny" morphotype, one that was previously thought to only reside on basaltic substrate. The Tower community has similar species richness and higher species evenness than those from basaltic substrate, but similar richness and lower evenness that those from sulfide. This community type combines the characteristics of those from both substrata, resulting in a community with diversity and structure that is an intermediary between sulfide and basaltic substrates. / Biology

Cette thèse est dédiée à la caractérisation des vents descendants de vallée en terrain complexe d'orographie modérée à moyenne latitude, dans le contexte de la réglementation des rejets atmosphériques de Cadarache. Cadarache est un des centres de recherche du "Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives" (CEA), installé dans une petite vallée (CV) confluente à la vallée de la Durance (DV). Ces deux vallées se distinguent par leur taille, et sont le siège d'écoulements aux caractéristiques différentes en stratification stable. Un forçage synoptique faible associé à un ciel dégagé sont dans la région des conditions fréquentes qui favorisent la stabilité atmosphérique et consécutivement la mauvaise dispersion des polluants, faisant de cette situation un sujet d'intérêt majeur. La campagne de mesure KASCADE (KAtabatic winds and Stability over CAdarache for Dispersion of Effluents) constitue le volet expérimental de l'étude. Réalisée pendant l'hiver 2013 elle a couvert 3 mois d'observation continue et complétée de 23 périodes d'observation intensive (POI). L'analyse montre que les écoulements descendant les vallées de Cadarache (CDV) et de la Durance (DDV) dominent pendant toute la période d'étude. La stabilité s'installant dès le coucher du soleil, le courant CDV s'épaissit progressivement. Le profil de vent en forme de jet présente son maximum à environ 30 m où il atteint 2 à 3 m s-1. Il se maintient toute la nuit et disparaît avec l'inversion de stabilité. Comme la station météorologique du centre manque de capteur de vent dans la CV même, une méthode a été développée pour diagnostiquer le CDV en exploitant l'instrumentation actuelle. Ainsi, si la prévision de ce vent n'est pas à la portée du modèle méso-échelle WRF avec une résolution kilométrique, cette méthode le permet en combinant une descente d'échelle dynamique et statistique. Le vent DDV est identifié comme un vent qui suit l'axe de la vallée, fortement corrélé à la stabilité à l'échelle régionale car il n'apparaît que la nuit lorsque le forçage synoptique est faible. Ce vent n'arrive à Cadarache que 6 à 9 heures après le coucher du soleil avec une grande variabilité. D'un autre côté, il est à son maximum au lever du soleil avant que les processus convectifs ne démarrent, et présente un jet autour de 200 m avec des vitesses de 4 à 8 m s-1 et dont la hauteur est corrélée à la profondeur de la vallée. Dans les simulations avec WRF, malgré des défauts, la DV étant bien résolue avec une maille de 1 km, l'occurrence de ce vent est assez bien simulée. Par ailleurs l'examen de ses caractéristiques spatiales montre qu'il s'agit soit d'un écoulement de drainage, soit d'un écoulement canalisé forcé. Bien qu'on ne dispose pas de données suffisantes pour élucider le mécanisme dominant de déclenchement du vent DDV, les deux précédemment identifiés sont de bons candidats. / Stable stratification can be one of the most penalizing condition concerning pollutants in the atmospheric boundary layer. Over complex terrain under these conditions, the relief may modify the flow. Therefore the knowledge of down-valley wind characteristics influencing the wind field at Cadarache and its close surroundings is crucial for safety regulation in the context of sanitary impact of the site. Cadarache is a CEA research centre and located in the Prealps of southeast France. It is embedded in a small valley, the Cadarache Valley (CV), which is one of the tributaries of the larger Durance Valley (DV). The two valleys are distinct in size and therefore react differently to stable conditions, and are investigated by means of observations (field experiment KASCADE : KAtabatic winds and Stability over CADarache for Dispersion of Effluents) and simulations (the Weather Research and Forecasting (WRF) model). To investigate the valley wind behaviour, the KASCADE campaign has been designed and conducted in the winter of 2013, covering a 3-month period and 23 intensive observation periods (IOP). It resulted in a well-documented campaign, from which the analysis shows that the Cadarache and Durance down-valley (CDV and DDV respectively) winds are both dominant flows during the period of investigation. The CDV wind is a thermally driven flow, with regular wind speeds up to 2 - 3 m s-1 up to 50 m agl. It persists throughout the night and disappears in the early morning with the stability. The current observational network of Cadarache lacks means of measurement for inside CDV wind. This work shows that it can be nowcasted from available meteorological tower observations. Due to the CV small scale, currently a wind forecast on kilometer resolution is out of reach, but the methodology developed here can be used to forecast the wind through a combination of dynamical and statistical downscaling. The DDV wind has been recognized as down-valley oriented, and strongly related to stability at a regional scale, as it exists only after sunset when synoptic forcing is very weak. DDV wind arrival at Cadarache is mostly observed 6 to 9 hours after sunset, but however dominantly present around sunrise, when convectively driven processes are not yet established. Jets are observed mostly at around 200 m agl with wind speeds between 4 and 8 m s-1. Despite some (general) deficiencies of the WRF model, the DDV wind is simulated close to reality thanks to the 1-km resolution allowing a correct representation of the Durance valley orography. The ensemble of 23 simulated IOPs allowed further to characterize the flow in a spatial sense and to recognize drainage and flow channelling as most important candidates for the flow mechanism.

Metagenomics has revealed that the marine microbial biosphere is immensely more diverse than originally considered, and is an almost untapped reservoir for the potential discovery of microbial natural products. Despite numerous advances in culturing, biosynthetic engineering and genomic-based screening efforts to uncover much of this diversity in relatively accessible environments, a high rediscovery rate has resulted in the investigation of unique, relatively unexplored ecosystems harboring phylogenetically diverse communities of marine organisms. The focus of this research was to establish a culture repository of microorganisms collected from the Red Sea and from deep-sea hydrothermal vents, and to assess their biosynthetic potential for the production of new chemical scaffolds. Cultivation of marine cyanobacteria from the Red Sea has led to the identification of five new cyclic depsipeptides, apratoxin H, grassypeptolides D and E, Ibu-epidemethoxylyngbyastin 3 and leptochelin, the latter possessing a unique chemical scaffold capable of binding metals. A collection of deep-sea hydrothermal vent sediment and microbial mat samples led to the isolation of 64 unique bacterial strains, with eight assigned as members of the order Actinomycetales. Importantly, these isolates, along with a collection of deep-vent invertebrates and microbes, have led to the development of methods for the collection, culturing and biological screening of organisms from this extreme environment for future natural products research. / Graduation date: 2013

Les vents galactiques sont des éléments importants à considérer dans les simulations numériques à grande échelle car ils ont des impacts sur la formation des galaxies environnantes. Puisque les galaxies sont mal résolues dans de telles simulations, les vents galactiques sont habituellement générés par des méthodes semi-analytiques. Dans le cadre de ce projet, un modèle galactique a été développé afin d'améliorer le modèle semi-analytique de Pieri et al. (2007). Ce nouveau modèle permet de suivre de manière consistante l'évolution de l'enrichissement des galaxies en tenant compte des vents stellaires, des supernovae et de différents scénarios de formation stellaire. Les vents galactiques sont générés par l'énergie thermique provenant des supernovae et des vents stellaires à l'intérieur des galaxies. Avec ce formalisme, seules les galaxies ayant une masse inférieure ou égale à 10¹⁰ MQ risquent de contribuer à l'enrichissement du milieu intergalactique. La distribution des vents galactiques dans ce milieu est calculée en respectant l'ordre chronologique des éjectas. De plus, la composition de ce vent peut désormais être décomposée en 31 éléments chimiques. Pour la même quantité d'étoiles formées durant l'évolution galactique, un taux de formation stellaire de longue durée produit un plus long vent galactique qu'un taux de formation stellaire de courte durée. Cependant, ce vent est alors moins dense et moins concentré en métaux. En augmentant l'efficacité de formation stellaire, la portée et la métallicité du vent galactique augmentent également. Par contre, dans certains cas, une trop grande quantité d'étoiles peut complètement balayer le milieu interstellaire de son gaz, ce qui altère l'évolution du vent galactique. Pour respecter la quantité de métaux observée dans le milieu intergalactique, les vents galactiques doivent provenir des galaxies ayant possédé une métallicité initiale différente de zéro au moment de leur formation. Dans ce cas et lors d'une collision galactique, les vents stellaires peuvent contribuer de manière significative au bilan énergétique et à la quantité de carbone et d'azote éjectée dans le milieu intergalactique.

L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les variations temporelles des signaux altimétriques sur la calotte polaire Antarctique. Nous exploitons les observations effectuées par l'altimètre à bord d'ENVISAT entre janvier 2003 et décembre 2007. Ces observations s'étendent jusqu'à 82°Sud, ce qui permet de couvrir environ 80% du continent Antarctique. Pendant la période d'étude deux fréquences sont exploitables (Bande S, soit 3.2GHz, et Bande Ku soit 13.6GHz), ce qui permet de mieux cerner la sensibilité de la mesure aux variations d'état du manteau neigeux couvrant la calotte polaire Antarctique. L'état de la surface neigeuse en Antarctique varie dans l'espace comme dans le temps, en réponse aux événements météorologiques de proche surface, et tout particulièrement les vents. Selon l'état de la surface, l'onde électromagnétique émise par l'altimètre va pénétrer plus ou moins profondément dans le manteau neigeux, modifiant la forme de l'écho enregistré lorsque cette onde retourne au satellite. La précision des mesures de topographie de la calotte polaire dépend alors de la connaissance des propriétés de surface, ainsi que de la compréhension des mécanismes contrôlant l'interaction des ondes électromagnétiques avec la surface neigeuse. Nous étudions dans cette thèse comment la forme de l'écho altimétrique évolue lorsque les conditions de vent à la surface de la calotte polaire changent, et affectent l'état de la surface. Nous commençons par étudier la variabilité spatiale et temporelle des observations altimétriques d'une part, et des intensités de vent d'autre part (réanalyses des modèles atmosphériques globaux NCEP/NCAR, NCEP/DOE et ERA-Interim). Nous en identifions les échelles de variations spatiales et temporelles caractéristiques. Cela nous permet de concevoir les traitements à appliquer afin d'homogénéiser les différentes sources d'information. Nous constatons que les variations de nos séries temporelles décrivent essentiellement un signal annuel, toujours maximal en été austral pour les variations de vents. En revanche les variations annuelles de la forme d'onde ne sont pas homogènes à l'échelle de la calotte polaire, mais mettent en évidence deux régions principales. Nous utilisons ensuite les propriétés de la forme d'onde altimétrique, et leurs variations temporelles pour reconstruire les variations d'intensité de vents. Nous obtenons de très bonnes cohérences, ce qui atteste la sensibilité de la mesure altimétrique aux changements d'état de la surface induits par les variations de vent. Nous utilisons en dernier lieu un modèle régional (MAR/LGGE), qui prend en compte les interactions des vents avec l'état de la surface avec une résolution spatiale plus fine. Cela nous permet de confirmer les résultats déjà obtenus, et de mettre en valeur les spécificités du modèle MAR. Les méthodes mises en jeu sont empiriques et les résutats obtenus qualitatifs. Nous avons toutefois identifié deux régions majeures, réagissant différemment aux variations de vents, que nous expliquons par l'existence de structures de surface particulières, et un impact différent des vents sur l'état de la surface.