Ces travaux contribuent à caractériser des compartiments environnementaux (i.e. eau, sol et solution du sol, substrat, macrophytes à l’échelle individuelle et des communautés) et leur fonctionnement pour in fine améliorer l’efficacité de zones humides construites (CW) à décontaminer une masse d’eau contaminée en cuivre. Les connaissances sur le maintien de l’homéostasie de Cu chez les végétaux ainsi que sa phytotoxicité aux expositions élevées sont résumées. Les principaux mécanismes physico-chimiques et biologiques intervenant en phytoremédiation d’eaux contaminées en Cu en CW sont également discutés. Plusieurs solutions de phytoremédiation de type phytostabilisation aidée ont été évaluées en lysimètres in situ sur un site de traitement du bois contaminé au Cu, afin d’établir le potentiel de certains amendements à sorber Cu dans le substrat des CW. Les concentrations en éléments traces potentiellement toxiques (PTTE, dont Cu) et macroéléments des lixiviats migrants vers les horizons aquifères ont été quantifiées. Un laitier sidérurgique de type Linz-Donawitz enrichi en P (LDS, 1%) a permis le meilleur développement de Lemna minor L., utilisé ici comme bioindicateur, exposée aux lixiviats. En parallèle, les communautés de macrophytes ont été suivies le long du parcours de la Jalle d’Eysines, une rivière urbaine contaminée en Cu et autres PTTE. Les concentrations en PTTE ont été déterminées dans le sol, l’eau, l’eau interstitielle et les feuilles de 7 espèces de macrophytes. Un modèle statistique multivarié (analyse discriminante linéaire, LDA) a ensuite été élaboré sur la base des concentrations foliaires en PTTE pour biosurveiller l’exposition des macrophytes. Des populations de macrophytes ont aussi été prélevées sur des zones humides de contamination croissante en Cu en Europe (France, Espagne, Portugal et Italie), Biélorussie et Australie. La production de racines chez les macrophytes exposées pendant 3 semaines à des concentrations croissantes en Cu (0,08 ; 2,5 ; 5 ; 15 et 25 µM Cu) montre une variabilité intra-spécifique de la tolérance au Cu pour des populations de Juncus effusus, Schoenoplectus lacustris et Phalaris arundinacea. A l’inverse, une réponse similaire à une tolérance constitutive a été obtenue chez Typha latifolia et Iris pseudacorus, deux espèces à forte production de rhizomes. L’importance des rhizomes est discutée. Phragmites australis produit également des rhizomes, mais a présenté une variabilité intra-spécifique dans sa production racinaire en réponse à une exposition au Cu. En CW, à l’échelle du mésocosme (110 dm3), jusqu’à 99% du Cu de la masse d’eau (concentration initiale: 2.5µM Cu) ont été éliminés dans les trois modalités plantées de Juncus articulatus, P. arundinacea et P. australis, ainsi que dans le contrôle non planté. Les rôles du biofilm microbien, du substrat et des macrophytes en CW ainsi que leurs interactions sont discutés. La sélection d’écotypes de macrophytes tolérants aux PTTE pour leur utilisation en zone humide construite ainsi que les mécanismes moléculaires impliqués dans la variabilité intra-spécifique de cette tolérance, notamment chez P. australis, sont deux thèmes de recherche à promouvoir. / This work aims at characterizing environmental compartments (i.e. water, soil and soil pore water, substrate, macrophytes at the individual and community scale) and their functioning to in fine improve the effectiveness of constructed wetlands (CW) for cleaning Cu-contaminated waters. Knowledge on the homeostasis of Cu in plants and its phytotoxicity at medium and high exposures are summarized. The main physico-chemical and biological mechanisms involved in the phytoremediation of Cu-contaminated water in CW are discussed. Several aided-phytostabilisation options were in situ evaluated in lysimeters at a Cu-contaminated wood preservation site to assess the potential of four amendments to sorb Cu in a CW substrate. Concentrations of potentially toxic trace elements (PTTE, including Cu) and macronutrients of leachates migrating from the root zone to the aquifers were quantified. Based on the responses of Lemna minor L. used as a bioindicator, exposed to the leachates,.Linz-Donawitz slag spiked with P (LDS, 1%) best performed to sorb labile Cu in the root zone. In parallel, macrophyte communities were monitored along the Jalle Eysines River, an urban river slightly contaminated by Cu and other PTTE. The PTTE concentrations were determined in the soil, water, soil pore water, and in the leaves of seven macrophyte species. A multivariate statistical model was developed based on the foliar PTTE concentrations for biomonitoring macrophyte exposures. Populations of macrophytes were also collected in wetlands displaying an increasing Cu contamination in Europe (France, Spain, Portugal, and Italy), Belarus and Australia. Root production of macrophytes exposed for 3 weeks at increasing Cu concentrations (0.08, 2.5, 5, 15 and 25 µM Cu) shows an intra-specific variability of Cu tolerance in populations of Juncus effusus, Schoenoplectus lacustris and Phalaris arundinacea. In contrast, a similar response to constitutive tolerance occurred for Typha latifolia and Iris pseudacorus, two species with high production of rhizomes. The rhizome influence is discussed. Phragmites australis also produces rhizomes but showed intra-specific variability in response to Cu exposure. In a CW at mesocosm scale (110 dm3), up to 99% of Cu in water (initial concentration: 2.5μM Cu) was removed after 2 weeks in the three modalities planted with Juncus articulatus, P. arundinacea and P. australis, and in the unplanted control. The influences of microbial biofilms, the substrate, and the macrophyte species and their interactions in CW are discussed. The selection of PTTE-tolerant macrophytes for their used in CW and the understanding of molecular mechanisms underlying the intra-specific variability in PTTE- tolerance, i.e for P. australis, require further investigations.

Malgré l'accroissement des pressions résultant de l'exploitation forestière, minière et hydroélectrique, et malgré une volonté générale de protéger et de conserver les milieux humides, peu d'efforts de recherche leur ont été consacrés, notamment en milieu forestier. Même si nous avons une bonne connaissance de l'écologie de ces milieux, aucune étude concernant la quantification et la régionalisation des milieux humides n'a été réalisée à l'échelle de la province de Québec. Une revue de littérature a démontré que les systèmes de classification eux-mêmes pouvaient être une des causes de l'absence d'une base de données provinciale. Bien que les différentes classifications soient scientifiquement irréprochables, elles sont difficilement utilisables avec des méthodes de télédétection puisqu'elles nécessitent une validation terrain. Nous avons réalisé une étude sur la distribution à petite échelle des milieux humides du Québec forestier (540 000 km²). Les objectifs poursuivis étaient la quantification de différents types de milieux humides, le découpage de l'aire d'étude en paysages-types, l'étude de la relation entre la distribution des milieux humides et certaines variables environnementales, et l'évaluation de la capacité des classifications écologiques terrestres à intégrer la diversité des milieux humides. Nous avons classifié les milieux humides sur 456 feuillets cartographiques écoforestiers répartis systématiquement selon un système reconnaissant 17 types de milieux humides et aquatiques et en avons quantifié la couverture par feuillet. Les 17 types se distinguent par le régime trophique, le sol, la végétation et leur connexion au système hydrographique. Ils se regroupent en trois classes, soit les milieux aquatiques, les dénudés humides et les marécages. Par des analyses en composantes principales et de groupement, les paysages-types ont été reconnus et caractérisés en groupant les feuillets selon leur similarité en termes de milieux humides. L'analyse de redondance partielle a permis d'étudier le pouvoir explicatif des variables environnementales quant à la distribution des milieux humides, puis l'analyse discriminante a été employée pour l'étude de la relation entre les classifications terrestres et la distribution des milieux humides. Les résultats ont démontré l'hétérogénéité spatiale des milieux aquatiques et humides, qui représentent respectivement 10,3 % et 11,7 % de la superficie classifiée. La variabilité spatiale a été confirmée par l'identification de six paysages-types se regroupant en trois catégories (paysages-types humides, secs et anthropiques). La présence de ce dernier évoque l'ampleur de l'empreinte humaine sur les habitats aquatiques. La variabilité dans la couverture de milieux humides est fortement liée aux variables environnementales. La géomorphologie et la géologie ont un pouvoir explicatif significativement plus grand que le climat, ce qui explique que le cadre écologique de référence, basé sur la géologie, intègre davantage la diversité des milieux humides que le système de classification écologique basé sur le climat. Bien que les projets de conservation des milieux humides devraient être basés sur un cadre écologique qui leur est propre, il demeure que l'utilisation de cadres écologiques basés sur la géologie et la géomorphologie est une alternative intéressante pour la planification de la conservation des milieux humides dans les endroits où une régionalisation des milieux humides est inexistante. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Régionalisation, Milieux humides, Classification, Paysage-type, Québec forestier, Carte écoforestière.

Au cours des 50 dernières années, l'Afrique de l'Ouest a subi une des plus fortes variations de la pluviométrie observées à l'échelle du Globe. Ces fluctuations climatiques ont non seulement affecté le régime des précipitations mais elles ont également engendré des conséquences sur les ressources hydrologiques et végétales. Cette thèse traite de la variabilité climatique et de ses conséquences sur les ressources en eau et la dynamique des zones humides notamment des Niayes du Sénégal au cours de la période comprise entre 1950 et 2004. La thèse s'articule autour de trois volets. Le premier est une caractérisation inter-annuelle et quotidienne de la variabilité climatique par l'analyse de tendance de quelques indices de variabilité et d'extrêmes de précipitations. Le second volet porte sur la réponse des systèmes hydrogéologiques des Niayes à la variabilité pluviométrique par une analyse inter-annuelle (1958-2002) et intra-annuelle du niveau de la nappe. Deux exemples extrêmes sont analysés pour illustrer le phénomène: l'année excédentaire de 1958 et l'année déficitaire de 1974. Enfin, l'impact de la variabilité hydro-climatologique sur les zones humides a été estimé à partir d'un suivi de l'évolution des zones humides via l'analyse diachronique de photographies aériennes des années 1954, 1974 et 2000. Les résultats de l'étude montrent que le déficit pluviométrique enregistré dans la région des Niayes depuis la fin des années 1960 est lié à une réduction du nombre de jours pluvieux (2j/10 ans en moyenne) et une hausse du nombre maximum de jours secs consécutifs (4j/10 ans en moyenne) au cours de la saison de mousson entre avril et octobre. Le nombre de jours dépassant les fortes valeurs de précipitations (par rapport au 90e centile) a également subi une baisse. Par contre, les précipitations cumulées sur trois jours atteignent souvent le 1/4 du cumul annuel ce qui confirme le rôle joué par les événements extrêmes sur l'intensité moyenne et les cumuls mensuels ou saisonniers des précipitations. En plus d'une réduction de la durée de la saison pluvieuse qui est passée de plus de cinq mois à près de trois mois entre 1950 et 2004, les précipitations ont davantage baissé au Sud qu'au Nord, induisant une réduction du gradient Sud-Nord. La Nappe des Sables Quaternaires est actuellement à un niveau extrêmement bas résultant d'une longue période pluviométrique déficitaire. Le maximum piézométrique est passé, sur l'ensemble de la région, de +55 m en moyenne en 1958 à +22 m en 1994 (au dessus du niveau 0 de la mer). Les plus fortes variations sont enregistrées au cours des années 1970 et 1980 -notamment au sud de la région des Niayes -avec -0.60 m tous les dix ans. Le bilan hydrologique de l'année 1974 suggère que les facteurs naturels sont les principales causes de destockage de la nappe avec 96% des sorties dont 89% par évapotranspiration. À l'échelle saisonnière, la recharge de la nappe dépend de la fréquence, de l'intensité et de la durée des précipitations et des séquences sèches à l'intérieur de la saison pluvieuse plus que du cumul annuel. En année de précipitations excédentaires (1958), le temps de recharge est de 5 à 7 mois contrairement en année «sèche» (1974) où les fluctuations piézométriques sont quasi nulles. La dégradation actuelle des conditions hydro-climatiques se manifeste par un asséchement progressif de zones humides. Sur l'ensemble de la région des Niayes, la superficie des zones inondées en permanence est passée de plus de 1000 ha en 1954 à moins de 170 ha en 1974 pour atteindre environ 50 ha en 1982. En 2000, aucune zone inondée en permanence n'est perceptible. Dans le secteur de Mboro (15°9 N -16°54 W) les zones inondées en permanence se sont transformées progressivement en sols à hydromorphie partielle. La «reprise pluviométrique» observée à la fin des années 1990 n'a pas inititié une réaparition en surface de la nappe qui subit un «effet mémoire» dû aux déficits pluviométriques répétés. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Sénégal, Niayes, Variabilité climatique, Précipitation, Hydrogéologie, Nappe des Sables Quaternaires, Zones humides, Changement climatique.

Dans le cadre du projet européen LIFE ArtWET (06 ENV/F/000133), deux zones tampons (ZTs), une zone humide artificielle (ZHA) et une zone tampon forestière (ZTF), situées à Bray (France), ont été évaluées pour leur efficacité à réduire la pollution par les pesticides venant d'un bassin versant agricole drainé de 46 ha. Traiter l'ensemble des volumes n'étant pas possible, une bonne stratégie de traitement semble être de cibler les volumes les plus concentrés en pesticides. Les trois ans de données indiquent en moyenne une réduction d'au moins 40 % des concentrations et des charges en pesticides dans les deux ZTs, bien qu'une forte variabilité ait été notée. L'isoproturon, un herbicide mobile, a donné les résultats les plus contrastés. Des expérimentations de traçage ont permis d'estimer le temps de rétention hydraulique à 66.5 h dans la ZHA. Les retards observés sur le transfert des pesticides à travers des ZTs semblent dus à l'adsorption, bien que des phénomènes de désorption soient aussi suspectés. Des sédiments et des plantes de la ZHA ainsi que du sol et de la litière de la ZTF ont été prélevés. Sur ces substrats, des molécules marquées au 14C ont permis de suivre la dégradation de l'époxiconazole (fongicide) en systèmes eau/substrats ainsi que l'adsorption et la désorption de l'isoproturon, du metazachlore (herbicide) et de l'époxiconazole. A part pour les plantes, les coefficients d'adsorption (Koc) des trois molécules sont dans les valeurs hautes des gammes de valeurs publiées indiquant un fort potentiel des substrats de ces ZTs pour la rétention des pesticides. La désorption est très faible pour l'epoxiconazole, mais assez élevée pour le metazachlore et l'isoproturon. La minéralisation de l'epoxiconazole est faible et lente mais des métabolites ont été observés, indiquant une dégradation partielle. L'adsorption-desorption semble être un phénomène important, notamment pour les ZTs où le temps de résidence est faible, laissant ainsi peu de temps pour la dégradation des molécules.

Il s'agit de l'étude de la dégradation croissante du delta du Saloum au Sénégal à travers la compréhension des impacts des facteurs physiques et anthropiques sur les patrimoines locaux, notamment la nature (faune, flore, sols, etc.). Ainsi, c’est un vrai cercle vicieux qui se manifeste par les influences réciproques négatives entre l'homme et les paysages environnementaux, surtout à l'aire des changements climatiques et de l'accroissement de la pauvreté, qui pèse sur cette aire humide particulière où populations et écologie ont toujours formé un paysage culturel, d’ailleurs classé aujourd'hui patrimoine mondial par l’UNESCO. Mais hélas, de plus en plus menacé, il urge de transformer cette tendance dévastatrice de l’interface homme-nature en un cercle vertueux pour un développement local plus durable. C’est dire, en substance, que les enjeux d'une gouvernance de l’estuaire du Saloum dans la perspective d'une préservation durable des patrimoines sont énormes. / This is the study of the increasing degradation of the Saloum delta in Senegal through the understanding of the impacts of physical and human factors on local heritage, including nature (fauna, flora, soils, etc.). Thus, it is a real vicious circle manifested by the negative reciprocal influences between man and environmental landscapes, especially in the area of climate change and increasing poverty, which weighs on this particular wetland. where populations and ecology have always formed a cultural landscape, which is now classified world heritage by UNESCO. But alas, increasingly threatened, it is urgent to turn this devastating trend of the human-nature interface into a virtuous circle for more sustainable local development. This is to say, in essence, that the stakes of a governance of the Saloum estuary in the perspective of a durable preservation of the patrimonies are enormous.

L’objectif de la thèse était de développer un procédé de traitement des lisiers de porc par zone humide artificielle (ZHA) adapté aux contraintes du climat méditerranéen ainsi qu’à celles des éleveurs porcins. Le lisier de porc présentant des teneurs en ammonium (NH4+) toxiques pour les espèces végétales, il a été nécessaire de prétraiter le lisier. Des expérimentations sur le prétraitement du lisier de porc par aération continue (30 jours) à petite (12 litres) et moyenne échelles (300 litres) ont donc été conduites, et ont permis une diminution des concentrations en NH4+ en dessous des seuils de tolérance végétale. Cependant, la volatilisation de l’ammoniac semble avoir été le processus majoritairement à l’origine des abattements observés (phénomène d'ihnibition). Afin d’améliorer la diminution du NH4+, des produits d’ensemencement microbiens commerciaux ont été utilisés sans que leur effet n'ait pu être mis en évidence. Lors des expérimentations à moyenne échelle, le lisier prétraité a été amendé en ZHA (mésocosmes constitués d’un filtre à écoulement vertical suivi d’un filtre à écoulement horizontal). La forte variabilité phénotypique en système expérimental des macrophytes sélectionnés et prélevés dans le milieu naturel environnant (Carex hispida, Typha latifolia, Carex cuprina, Iris pseudacorus, Alisma lanceolatum et Juncus effusus), a été illustrée. Lors des apports en lisier dans la ZHA, les espèces végétales ont répondu différement, soulignant l’intérêt des cortèges multi-spécifiques. Les premiers résultats épuratoires ont été probants. Cependant l’étude des processus épuratoires a mis en lumière la problématique de leur durabilité. / The aim of the thesis was to develop a treatment process of pig manure by constructed wetland (CW) and designed in order to be adapted to the Mediterranean climate constraints and those of pig farmers. However hog manure has concentrations above 2 g.l-1 of ammonium (NH4+), toxic to the plants. It is therefore necessary to establish a slurry pre-treatment step. The thesis has included experiments including pre-treatment of pig slurry by continuous aeration (30 days) to small (12 liters) and medium scale (300 liters). Commercial products for microbial seeding were also used. The results showed that the aeration of pig manure did allow lower concentrations of NH4+ below plant tolerance threshold. However, the ammonia volatilization process appears to be the leading cause behind the observed reductions (inhibition phenomenom). No effect could be demonstrated for microbial treatments. During meso-scale experiments, the CW was amended with the pre-treated slurry (mesocosms made of a vertical flow filter followed by a horizontal flow filter). As a first step, the high phenotypic variability of macrophytes (taken from the natural environment) in experimental system was illustrated and discussed. After manure application, the selected plant species (Carex hispida, Typha latifolia, Carex cuprina Iris pseudacorus, Alisma lanceolatum and Juncus effusus) have presented different responses, emphasizing the importance of multi-species selection for the CW. Finally, the first purifying results were conclusive. However the study of the underlying purifying processes has highlighted the issue of sustainability of these phenomena.

Le Québec offre un important potentiel éolien, particulièrement intéressant dans plusieurs régions qui bordent le fleuve Saint-Laurent, ainsi qu'au Saguenay-Lac-Saint-Jean et dans le Nord-du-Québec. Le gouvernement du Québec compte exploiter ce potentiel, selon les orientations qui apparaissent dans la Stratégie énergétique du Québec 2006-2015. Le développement de la filière éolienne peut avoir des conséquences néfastes sur certaines espèces fauniques, notamment le Faucon pèlerin (Falco peregrinus anatum) qui est désigné vulnérable au Québec (L.R.Q., c. E-12.01). Des cas de mortalité de Faucon pèlerin due à des collisions avec les pales des éoliennes ont été rapportés aux États-Unis et en Europe. Afin d'évaluer les risques reliés à la présence des éoliennes sur le territoire québécois et d'éventuellement recommander des critères de localisation quant à leur emplacement, il est essentiel de connaître les besoins du Faucon pèlerin en matière d'habitats de chasse pendant la nidification. L'objectif de notre étude était de quantifier et de comparer l'utilisation des habitats par les femelles à la recherche de proies. Entre 2008 et 2010, 10 femelles adultes nichant en Abitibi, en Montérégie, en Chaudière-Appalaches et dans le Bas-Saint-Laurent ont été suivies à l'aide de dispositifs de télémétrie satellitaire, depuis l'éclosion des œufs jusqu'à la fin de la période de dépendance des fauconneaux en regard des parents. L'estimation par noyau fixe à 95% a été utilisée pour délimiter les domaines vitaux des femelles adultes. Nous avons utilisé les régressions logistiques avec effets aléatoires pour estimer la probabilité d'utilisation de chacun des types d'habitat, en tenant compte de la distance de ceux-ci par rapport à la localisation des nids. L'utilisation de ces types d'habitat a été comparée à partir de rapports de cotes. Nos résultats démontrent que la probabilité d'utilisation d'une parcelle d'habitat par une femelle nicheuse augmentait entre la période où les fauconneaux étaient au nid et le premier mois après leur envol. D'une manière générale, nos résultats indiquent aussi que la probabilité d'utilisation diminuait en fonction de la distance du nid, quel que soit la catégorie d'habitat. Toutefois, l'effet de la distance était différent selon la catégorie d'habitat. Les cultures de maïs et de soya avaient moins de chances d'être utilisées que les autres milieux agricoles et que les milieux de la catégorie « autres habitats » par les femelles adultes, pendant la période où les fauconneaux étaient au nid et le premier mois après leur envol. Les milieux humides étaient aussi peu utilisés par les femelles, comparativement à la plupart des autres habitats. Quant aux milieux urbains, après l'envol des fauconneaux, et à la catégorie des autres milieux agricoles, ceux-ci avaient plus de chances d'être utilisés au-delà d'une dizaine de km du nid. Nos résultats suggèrent que la biomasse des proies disponibles était plus faible dans les cultures de maïs et de soya, de même que dans les milieux humides, rendant ces habitats sous-optimaux pour la chasse par rapport aux autres milieux agricoles et aux milieux urbains. L'expansion des cultures de maïs et de soya dans le paysage agricole du Québec se faisant au détriment d'autres cultures, cette conversion pourrait contribuer au déclin de la qualité des habitats de chasse pour cette espèce à statut précaire. Une étude complémentaire en dehors de la saison de nidification est nécessaire, avant d'établir des critères de localisation pour l'installation des futurs parcs éoliens. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Faucon pèlerin, télémétrie satellitaire, culture intensive, maïs, soya, utilisation d'habitat, succès de reproduction

La migration et le stationnement de l'avifaune sur les littoraux d'Europe occidentale font l'objet de très nombreuses convoitises. Depuis une trentaine d'années, de nombreuses zones humides ont été réhabilitées et aménagées pour accueillir ces oiseaux à dates fixes (hivernage, nidification). La gestion de ces espaces s'avère être nécessaire pour des populations aux besoins spécifiques et qui tendaient à se raréfier. Mais ce processus n'est pas sans poser de nombreux problèmes d'usage (question de l'ouverture au public, des pratiques de chasse ou des imbrications des différents zonages législatifs) souvent anciens, qui conduisent à s'interroger sur la relation plus globale de l'homme à la nature. Cette étude est menée à partir de sites choisis sur les littoraux de France, de Grande-Bretagne, des Pays-Bas et du Portugal. Ils constituent des zones humides de première importance pour l'avifaune migratrice de l'Ouest paléarctique mais aussi des territoires sur lesquels s'expriment des rapports très divers entre l'homme et l'oiseau. L'approche à plusieurs échelles, depuis la dimension européenne, à travers la comparaison des pratiques nationales jusqu'à une étude plus détaillée de sites spécifiques est privilégiée.

Nous avons identifié le rôle de la distribution solide et l’implication de facteurs (potentiel d’oxydoréduction, anions compétiteurs, activité biologique, matière organique (MO)) dans la mobilité de l’arsenic (As) et l’antimoine (Sb) dans un sol de zone humide (ZH) agricole. Pour cela, nous avons effectué i) un suivi de la physico–chimie de l’eau interstitielle de la ZH et ii) des incubations en batch du sol de surface de la ZH (0–20/30 cm). En parallèle, nous avons déterminé la distribution solide de As et Sb sur le sol de la ZH à différentes profondeurs (0–130 cm). Nous avons démontré que As est accumulé à la surface du sol avec une association préférentielle avec les oxyhydroxydes de Fe/Mn « amorphes » (59% de As total) en présence de taux élevés de MO. En conditions réductrices, As est fortement solubilisé (jusqu’à 20% de la teneur en As total) contrairement aux conditions oxydantes ce qui est associé i) à la dissolution des oxyhydroxydes de Fe/Mn catalysée par l’activité microbienne et ii) au changement de la spéciation inorganique de As sous forme de As(III) (espèce plus mobile que As(V)). Pour ce qui est de Sb, il est accumulé à la surface du sol avec i) une distribution plus étendues avec les phases solides (27% et 15% dans les oxyhydroxydes de Fe/Mn « amorphes » et « cristallins », 21% dans la MO et 32% dans la fraction résiduelle) et ii) une affinité directe pour la MO contrairement à As. La mobilisation de Sb est favorisée en conditions oxydantes (jusqu'à 5 μg.L–1) en présence de MO dissoute dans l’eau interstitielle et est limitée en conditions réductrices (<3%) (0,2 μg.L–1 dans l’eau interstitielle et 1,5 μg.L–1 dans les batch). Cette mobilité en conditions réductrices est attribuée i) à la dissolution réductrice des oxyhydroxydes de Fe/ Mn catalysée par l’activité microbienne réductrice du sol et ii) au possible changement d’état d’oxydation de Sb sous forme de Sb(III) (espèce moins mobile que Sb(V)). En conditions réductrices, l’apport de 50 mg.L–1 de nitrates et de 20 mg.L–1 de phosphates au sol a engendré une mobilisation plus importante de As et Sb (d’un facteur 2,3 et 1,6, respectivement) qui est attribuée à une possible amplification de la respiration microbienne du sol causant une production plus importante en ions hydrogénocarbonates qui en plus des ions phosphates favoriserait la mobilisation de As et Sb par des effets de compétition. / In this study, we evaluated the effect of i) solid-phase distribution and ii) biophysico–chemical factors (redox potential (Eh), competing anions, microbial activity, organic matter (OM)) on the mobility of arsenic (As) and antimony (Sb) in an agricultural wetland soil. For that, we first performed a physico–chemical monitoring of wetland porewater (field scale) then we conducted controlled batch incubations of the wetland soil (0–20/30 cm) (batch scale). The solid–phase distribution of As and Sb in wetland soil was also performed at different soil depths (0–130 cm). We showed that the highest As content was found in the upper soil layers (0–40 cm) with a preferential association to “amorphous” oxyhydroxydes (59% of total As) in presence of high levels of OM. Under reducing conditions, As was highly solubilized at both field and batch scale (up to 20% of the total As content) which was induced by i) the dissolution of Fe/Mn oxyhydroxides enhanced by soil microbial activity and ii) As(V) reduction into As(III) (very mobile specie). On the other hand, Sb mobilization was enhanced under oxidizing conditions at field scale (up to 5 μg.L–1) with the concomitant occurrence of dissolved OM (up to 93 mg.L–1) and was rather limited under reducing conditions (<3% of the total Sb content; 0.2 μg.L–1 at field scale and up to 1.5 μg.L–1 at batch scale). The mobility behavior of Sb was attributed to i) the dissolution of Fe/Mn oxyhydroxides catalyzed by microbial activity, ii) the possible occurrence of Sb in its less mobile form (Sb(III)) under reducing conditions and iii) probable DOM–induced mobilization under oxidizing conditions. Under reducing conditions, the addition of nitrate (50 mg.L–1) and phosphate (20 mg.L–1) to wetland soil, enhanced As and Sb mobilization by factors of 2.3 and 1.6 which was suggested to be caused by the combined competing effect of phosphate and hydrogenocarbonate ions; the latter one resulting from a possible enhanced microbial activity.

Le phosphore (P) est un facteur de contrôle de l’eutrophisation. Sa présence dans les masses d’eau est liée en partie à des émissions diffuses agricoles. L'objectif de cette thèse a été d'identifier et de quantifier les mécanismes à l'origine des transferts de P diffus, par une démarche intégrant analyse de données d'observations multi-échelle et modélisation.L'analyse d'une chronique de chimie de l'eau à l'exutoire d'un petit bassin versant agricole a révélé que les formes particulaires et dissoutes du P avaient des origines différentes dans le paysage, et étaient transférées de manière indépendante. Le P particulaire provient des sédiments du cours d'eau, de l'érosion des berges et occasionnellement d'épisodes érosifs dans les versants. Le P dissous provient des sols de la zone riparienne; il est transféré par écoulement de subsurface lorsque les fluctuations de nappe créent une connexion hydrologique avec la rivière.Un suivi multi-site de la concentration en P dans l'eau des sols ripariens a permis de mettre en évidence que la nappe agissait non seulement sur le transfert, mais aussi sur la solubilisation du P. Deux moments importants ont été identifiés : la période de sécheresse estivale est favorable à la constitution d'un pool de P mobile dans les sols, exporté à l'automne; lorsque la nappe stagne dans les sols, la dissolution réductrice des oxydes de Fer provoque un second relargage de P. Un modèle couplé hydrologie-biogéochimie a permis de préciser le rôle de la nappe, de la teneur en P des sols et des variations d'humidité et de température. Une analyse de l' / Phosphorus (P) is a controlling factor of eutrophication. Its presence in water bodies is partly due to agricultural diffuse emissions. The objective of this thesis was to identify and quantify the processes controlling diffuse P transfer, with an approach combining analysis of multi-scale observation data and modelling.Analysis of a water chemistry time series acquired at the outlet of a small agricultural catchment revealed that particulate and dissolved P forms had different spatial origin within the landscape, and were transferred through distinct mechanisms. Particulate P originates from stream bed sediments, bank erosion and occasionally from erosion on hillslopes. Dissolved P originates from riparian soils; it is transferred via subsurface flow when the water table fluctuations create a hydrological connection with the stream.Multi-site monitoring of P concentration in the soil pore water of the riparian zone evidenced that groundwater fluctuations controlled not only P transfer, but also its solubilisation. Two critical moments were identified: the summer dry period is favourable for the build-up of a pool of mobile P forms in soils, which is transferred in the autumn; when groundwater stagnates in soil in anoxic conditions, reductive dissolution of iron oxides causes a second P release. A coupled hydrological-biogeochemical model confirmed the hypotheses regarding the role of groundwater fluctuation, the soil P content and variability in soil temperature and moisture. An assessment of the information content in the data and the propagation of uncertainty enab