Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Puits et sources de carbone“

La répression catabolique permet aux bactéries, mais aussi aux levures ou champignons, une utilisation préférentielle des sources de carbone. Ce phénomène se traduit par une croissance diauxique durant laquelle les bactéries assimilent d’abord les sources de carbone rapidement métabolisables, puis les sources de carbone non préférentielles. Divers mécanismes moléculaires sont responsables de la répression catabolique et contrôlent non seulement l’expression de gènes impliqués dans l’utilisation de sources de carbone alternatives, mais aussi l’expression de plusieurs gènes impliqués dans des processus cellulaires variés. Cette synthèse décrit les principaux mécanismes moléculaires retrouvés chez les entérobactéries et chez les firmicutes, ainsi que l’importance du système des phosphotransférases dans cette régulation.

Cet article vise à justifier, puis à appliquer une éthique climatique centrée sur les intérêts des acteurs économiques. Après avoir expliqué pourquoi le changement climatique pose un problème important de motivation, je montre pour quelles raisons les incitations peuvent au moins partiellement y remédier. Je développe ensuite deux possibilités d’institutionnalisation de l’éthique des incitations. La première consiste en une taxe internationale augmentant progressivement le coût des émissions de dioxyde de carbone, un dispositif auquel il convient d’ajouter des subsides pour la recherche, le développement et le déploiement des énergies renouvelables. La seconde consiste en un marché global du carbone qui vise également à décourager l’utilisation des combustibles fossiles et à encourager l’utilisation de sources alternatives d’énergie. L’objectif est de montrer qu’une éthique climatique prenant en compte le problème de la motivation est plus efficace qu’une position qui se limite aux devoirs moraux incombant aux consommateurs et producteurs, soit de réduire leurs émissions.

Les écosystèmes forestiers jouent un grand rôle face au réchauffement climatique grâce aux réservoirs importants de carbone organique (C) de leurs compartiments (aérien, racinaire, litière et sol). En ce qui concerne l'utilisation des terres, les changements d'affectation des terres et la foresterie, des mesures précises des stocks de C dans ces compartiments sont recommandées. Dans ce sens, la capacité de fixation de C des taillis d'eucalyptus (20 à 111 ans) des Hautes Terres centrales malgaches dans ces compartiments a été étudiée, en comparaison avec d'autres modes d'usage des terres (pseudo-steppe, rotation culture/jachère). Des mesures destructives de biomasses et des prélèvements de sols ont été effectués, suivis par le développement d'équations allométriques et des analyses en laboratoire (détermination de la teneur en carbone, étude isotopique). Tous âges confondus, la pratique de taillis d'eucalyptus présente le plus grand stock de C (150,8 ± 25,3 Mg C/ha face à 112 ± 15 et 72,3 ± 9,9 Mg C/hapour la pseudo-steppe et la rotation culture/jachère respectivement). Pour tous les modes d'usage, c'est le compartiment sol qui constitue le principal réservoir de C avec 56% pour l'eucalyptus et plus de 96 % pour les autres modes. Mais ce sont essentiellement la souche et les racines lignifiées qui rendent ces plantations d'eucalyptus plus efficaces que les autres modes d'usage (44 Mg C/ha pour l'eucalyptus face à 2 Mg C/ha) en termes de stockage de C. D'après l'étude isotopique, le C dérivé de l'eucalyptus dans le sol ne domine toutefois qu'en surface, probablement en raison de la gestion en taillis. Cependant, d'autres facteurs, à part la durée de plantation, comme l'altitude et la morphopédologie sont à considérer pour comprendre la dynamique des stocks de C mesurés. (Résumé d'auteur)

Pour qui se préoccupe de l’avenir écologique de la planète, le territoire amazonien joue un rôle important. On pense aussi à son rôle potentiel comme « puits de carbone » ou surtout comme réserve d’eau. La symbiose entre la population autochtone et son environnement est aussi riche d’enseignements par sa contribution à la biodiversité.

La Cuvette centrale est le plus vaste complexe de tourbières tropicales au monde, qui s'étend sur environ 145 000 km2 en République du Congo et en République démocratique du Congo. Ce complexe stocke environ 30,6 Pg C, soit l'équivalent de trois années d'émissions mondiales de dioxyde de carbone, et représente désormais le premier site Ramsar transnational. Malgré sa taille et son importance mondiale en tant que puits de carbone, les aspects clés de son écologie et de son histoire, notamment sa formation, l'ampleur des flux de gaz à effet de serre, sa biodiversité et l'histoire de l'activité humaine, demeurent relativement peu connus. Nous synthétisons ici les connaissances disponibles sur la Cuvette centrale, en identifiant des domaines clés pour la poursuite des recherches. Enfin, nous examinons le potentiel des modèles mathématiques pour évaluer les trajectoires futures des tourbières en termes d’impacts prévisibles de l'exploitation de ressources et du changement climatique.

L’accès à l'eau potable est un problème majeur dans de nombreuses régions, notamment dans les quartiers périurbains où les puits creusés à la main sont souvent utilisés comme principale source d'eau. Cependant, ces sources d'eau peuvent être contaminées, entraînant des maladies hydriques comme la diarrhée, la fièvre typhoïde et le choléra. Cette étude se concentre sur l’utilisation de l’eau de puits creusé à la main dans l'aire de santé de Savio, au quartier Tabac de Lubumbashi, et son association avec la prévalence des maladies hydriques. L'objectif est d'analyser l'impact de l'utilisation de l'eau de puits creusé à la main sur la prévalence des maladies hydriques dans les ménages, en identifiant les facteurs liés à l’occurrence de ces maladies. L’étude, réalisée auprès de 121 ménages dans l'aire de santé de Savio, est de type transversale et descriptive. Les chefs de ménage ont été interrogés face à face à l’aide d’un questionnaire structuré. Des variables comme l'usage de l'eau de puits, l'hygiène des récipients et des puits, ainsi que la distance des installations sanitaires, ont été analysées en relation avec la prévalence des maladies hydriques. Cinquante-six pourcent des chefs de ménage interrogés étaient des femmes, avec une moyenne d'âge de 46 ans. 42% avaient un niveau d'études secondaires ou supérieures. Les professions variaient, mais la majorité (46%) étaient commerçants. Soixante-quatre pourcent des ménages ont signalé des cas de diarrhée, 62% des cas de fièvre et 19% des cas de choléra. Les analyses ont révélé une association entre l'utilisation de l'eau de puits et la diarrhée (OR = 0,13, p = 0,053) ainsi que l'hygiène des récipients et des puits, et l'occurrence de maladies hydriques. L'utilisation de l'eau des puits creusés à la main et les mauvaises conditions d'hygiène des récipients et des puits sont associées à une prévalence accrue de maladies hydriques dans la région étudiée. L'étude met en évidence l'importance de l'amélioration des pratiques d'hygiène et de la gestion des sources d'eau pour réduire l'incidence des maladies. Des études complémentaires avec des analyses bactériologiques sont nécessaires pour mieux comprendre les dynamiques de contamination. Mots-clés : Eau de puits, maladies hydriques, diarrhée, fièvre typhoïde, hygiène, Lubumbashi, puits creusés à la main.

La quantification du carbone emmagasiné dans les écosystèmes forestiers et de son équivalent en CO2 constitue un impératif pour une estimation fiable de la contribution de ce puits de carbone dans la limitation des émissions de gaz à effet de Serre. La présente étude vise dans un premier temps, par une étude de terrain, à évaluer le volume de bois sur pied et à estimer la quantité de carbone contenue dans les parties aériennes et racinaires, tout en déterminant le facteur d’expansion et de conversion de la biomasse (FECB) spécifique du cèdre de l’Atlas (Cedrus atlantica Manetti) situé dans la zone du Moyen Atlas central. D’autre part, les résultats obtenus ont été comparés à ceux provenant de l’utilisation des paramètres génériques du Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) en 2006. Le volume de bois sur pied et la biomasse aérienne ont été déterminés en utilisant des tarifs de cubage et des modèles de biomasse développés à partir des mesures directes du poids sec et du volume sur 30 arbres échantillonnés et prélevés dans chaque forêt de la zone d’étude. Le volume et la biomasse aérienne ont été évalués respectivement à 3 321 284 m3 et à 1 521 153 t de matière sèche. Le FECB, déterminé par le rapport entre le volume et la biomasse, est de 0,36 tMS/m3, valeur inférieure à celle estimée par le GIEC (0,55 tMS/m3). La fraction de carbone (FC), issue de la calcination des échantillons de bois prélevés, est de l’ordre de 0,5643 tC/tMS. Elle est supérieure à la valeur donnée par le GIEC (0,51 tC/tMS). Au final, la quantité de carbone contenue dans l’écosystème étudié est de 858 387 t de matière sèche contre 931 620 t estimées à partir des paramètres du GIEC.

Les activités des isotopes de l'uranium et du radium (234U,238U,226Ra,228Ra) ainsi que les rapports d'activité (234U/238U,226Ra/238U,228 Ra/226Ra) ont été mesurés, pour la première fois au Maroc, dans 15 échantillons d'eau de puits et 12 échantillons d'eau de sources thermales. Les résultats obtenus montrent que, contrairement aux eaux de puits, les eaux des sources thermales présentent des activités de238U relativement faibles et des activités de226Ra et des rapports234U/238U élevés. Les activités de l'uranium et du radium mesurées sont comparables à celles que l'on trouve habituellement dans d'autres régions non polluées du monde, elles sont inférieures aux limites maximales admissibles ce qui ne pose aucun risque pour la santé publique au Maroc.

Peu d’études portent, pour les habitats de l’âge du Fer, sur leur alimentation en eau qui a laissé peu de traces : les populations se ravitaillaient par portage à partir d’un point d’eau (auprès de puits, sources, mares aménagées, fossés) ou récupéraient les eaux de pluie au moyen d’un dolium ou d’une citerne. Peu de constructions ostentatoires attestent d’équipements collectifs et ce sont les puits qui constituent l’équipement hydraulique le plus répandu, avec un net accroissement durant l’âge du Fer. Leurs aménagements intérieurs, quand ils existent, sont variables : cuvelage en bois, claies de branchage, pierre. Les aménagements extérieurs (margelles, etc.) ont rarement laissé de traces archéologiques. Aucun équipement de relevage de l’eau n’a été identifié jusqu’ici. Quant à ses usages, l’eau semble avoir eu une destination essentiellement familiale et domestique (rareté des équipements collectifs, dimensions des puits). Peu de rapprochements avec des lieux de production sont possibles. De même, le faible pourcentage de puits ayant livré des ensembles mobiliers ne favorise pas l’hypothèse de puits rituels.

Inverse methods at large scales are used to infer the spatial variability of carbon sources and sinks over the continents but their uncertainties remain large. Atmospheric concentrations integrate the surface _ux variability but atmospheric transport models at low resolution are not able to simulate properly the local atmospheric dynamics at the measurement sites. However, the inverse estimates are more representative of the large spatial heterogeneity of the ecosystems compared to direct _ux measurements. Top-down and bottom-up methods that aim at quantifying the carbon exchanges between the surface and the atmosphere correspond to di_erent scales and are not easily comparable. During this phD, a mesoscale inverse system was developped to correct carbon _uxes at 8km resolution. The high resolution transport model MesoNH was used to simulate accurately the variability of the atmospheric concentrations, which allowed us to reduce the uncertainty of the retrieved _uxes. All the measurements used here were observed during the intensive regional campaign CERES of May and June 2005, during which several instrumented towers measured CO2 concentrations and _uxes in the South West of France. Airborne measurements allowed us to observe concentrations at high altitude but also CO2 surface _uxes over large parts of the domain. First, the capacity of the inverse system to correct the CO2 _uxes was estimated using pseudo-data experiments. The largest fraction of the concentration variability was attributed to regional surface _uxes over an area of about 300km around the site locations depending on the meteorological conditions. Second, an ensemble of simulations allowed us to de_ne the spatial and temporal structures of the transport errors. Finally, the inverse _uxes at 8km resolution were compared to direct _ux measurements. The inverse system has been validated in space and time and showed an improvement of the _rst guess _uxes from a vegetation model decreasing signi_cantly the initial mis_t to independent _ux observations
Les méthodes d'inversion à grande échelle ont permis d'estimer la variabilité spatiale des sources et puits de carbone continentaux mais les incertitudes associées restent importantes. En e_et, les concentrations atmosphériques intègrent la variabilité des _ux de surface, mais les modèles de transport à basse résolution utilisés dans les inversions ne peuvent reproduire correctement la complexité da la dynamique atmosphérique locale des sites de mesure. Cependant, ces estimations sont plus représentatives de la grande hétérogénéité spatiale des écosystèmes que les mesures directes des _ux. Les méthodes inverses et directes qui visent toutes les deux à estimer le bilan des échanges de carbone entre la surface et l'atmosphère s'appliquent donc à des échelles di_érentes et sont ainsi di_cilement comparables. Au cours de cette thèse, un système d'inversion à méso échelle a été développé pour corrigerles _ux de carbone à une résolution de 8km. Le modèle de transport à haute résolution (MésoNH) a permis de simuler la variabilité des concentrations atmosphériques avec une meilleure précision, ce qui a permis de limiter les incertitudes sur les _ux inversés. L'intégralité des données est issue de la campagne régionale intensive CERES de mai et juin 2005, lors de laquelle plusieurs tours instrumentées ont mesurées les concentrations et les _ux de CO2 dans le Sud Ouest de la France. Des mesures aéroportées ont permis également d'observer les concentrations en altitude ainsi que les _ux de CO2 aggrégées sur de larges bandes à la surface. Dans un premier temps, la capacité du système à corriger les _ux de CO2 a été estimé par l'intermédiaire de pseudo-données. La majeure partie de la variabilité des concentrations a été attribuée aux _ux régionaux dans une zone qui s'étend, selon les conditions météorologiques, jusqu'à 300km autour des sites de mesure. Dans un second temps, un ensemble de simulations a permis de dé_nir les structures spatiale et temporelle des erreurs de transport. Dans un dernier temps, les _ux corrigés par l'inversion à 8km de résolution ont été comparés à des mesures directes de _ux. Le système d'inversion a été ainsi validé dans le temps et l'espace et a montré une amélioration de l'estimation des _ux de CO2 issues d'un modèle de végétation en diminuant signi_cativement les erreurs initiales par rapport aux observations indépendantes de _ux de CO2

En m'appuyant sur des mesures atmosphériques et à l'aide de la modélisation, je propose une nouvelle estimation du bilan du dihydrogène troposphérique (H2). Pendant mon stage de master, j'ai installé un chromatographe en phase gazeuse pour analyser les concentrations de H2 et CO sur les échantillons du réseau RAMCES. L'analyse des mesures in-situ à Gif-sur-Yvette permet d'estimer le dépôt de H2 dans le sol de cette région (0.027 cm s−1) et le ratio H2/CO (0.5) provenant des émissions dues au transport automobile. La haute tour de Trainou située près de la forêt d'Orléans (100 km au sud-ouest de Paris) a été instrumentée en octobre 2008 pour H2 et CO à trois hauteurs de prélèvement (50, 100 et 180 m), en mai 2009 pour 222Rn à 180 m et en avril 2010 pour 222Rn à 50 m. Avec trois hauteurs de prélèvement, les masses d'air locales à régionales sont échantillonnées. L'infl uence du traffi c n'est pas visible mais pendant l'hiver on observe des évènements pendant lesquels les concentrations de H2 et CO sont fortement corrélées. La vitesse moyenne de dépôt estimée avec la même méthode qu'à Gif-sur-Yvette atteint 0.026 cm s−1. Dans la partie modélisation, les mesures de la concentration de H2 au sein des réseaux RAMCES et EUROHYDROS ont été utilisées dans le système LMDz-SACS-PYVAR. Ce système permet d'optimiser l'estimation quantitative du bilan de H2 : le modèle de transport atmosphérique LMDz est couplé avec le système de chimie simpli fiée SACS et intégré dans le système d'inversion PYVAR. Plusieurs scénarios, impliquant la séparation progressive des sources et puits de H2 ont été testés pour optimiser les flux de H2 à l'échelle globale et européenne. La meilleure estimation du dépôt global de H2 atteint 59 ± 5 Tg an−1.

La synthèse et le transport du carbone chez le pommier repose sur un ensemble de mécanismes complexes et imbriqués dépendants de facteurs endogènes et exogènes. Uneapproche combinant une caractérisation écophysiologique et l’utilisation d’un modèle structure-fonction de la plante (Functional-Structural Plant Model, FSPM) présente un moyenintéressant pour ce champ de recherche dans la mesure où un modèle structure-fonction permet d’intégrer la topologie et la géométrie de la plante et de ses différents organes à l’ensemble des facteurs impliqués dans l’assimilation et le transport du carbone et de l’eau. Le travail présenté ici a contribué à la compréhension des relations sources-puits mais égalementà l’élaboration d’un modèle FSPM à plusieurs niveaux. Premièrement, le développement de modèles de prédiction de l’architecture des différentes pousses du pommier à partir de variables simples apporte un moyen novateur pour simplifier la simulation de l’architecturedes branches mais égalementpour quantifi er de façon robuste la surface foliaire. Deuxièmement,l’établissement d’un réseau de corrélations entrevariables morphométriques des différents organes issus dubourgeon mixte met en évidence les organes les plus connectésà l’échelle du spur. Enfi n, une étude des relations sourcespuitsà l’échelle de la branche a permis, d’une part, une caractérisationde la régulation de la photosynthèse nette desfeuilles en réponse à des changements dans le ratio sources/puits mais aussi en fonction des types de feuilles et, d’autrepart, à mettre la lumière sur l’infl
The synthesis and the transport of carbon in apple are basedon a whole host of complex and interlaced mechanisms thatdepend on endogenous and exogenous factors. An approachthat combines the ecophysiological characterisation with theuse of a Functional-Structural Plant Model (FSPM) representsan interesting method in this fi eld of research, inasmuch assuch an FSPM allows integrating the topology and the geometryof the plant and its constituting organs with the entiretyof factors involved in assimilation as well as water andcarbon transport. The present study has contributed to thebetter understanding of the source-sink relations characterizingthis system but also to the elaboration of a multi-scaledFSPM. First, the development of models for the prediction ofthe architecture of different shoot types in apple from simplevariables provides a novel way to simplify the simulationof theinitial structure of branches but also to quantify leaf area in arobust manner. Second, the creation of a network of correlationsamong morphometric variables of the different organsformed by the mixed bud of apple clearly shows the functionalrelations among the spur organs. In the end, the study ofsource-sink relations at the branch scale has allowed, on theone hand, to characterize the regulation of net photosynthesisas a function of a changed source/sink ratio but also asa function of leaf type and, on the other hand, to shed somelight on the infl uence that the competition among fruits hason increasing sink strength and thus regulating the leaf

Bien connaître l'évolution des gaz à effet de serre et de leurs précurseurs est essentielle à la compréhension de la chimie troposphérique, à la connaissance du cycle du carbone contemporain, et à la modélisation des cycles biogéochimiques futurs à partir de scénarios d’émission réalistes. Dans cette thèse, des mesures de concentrations atmosphériques, satellitaires et/ou de surface ont été exploitées afin i) d'optimiser les estimations des sources et puits (émission, production et perte chimiques) de gaz à effet de serre (méthane CH4, méthylchloroforme MCF, chlorodifluorométhane HCFC-22 et 1,1,1,2-tétrafluorométhane, HFC-134a) et de leurs précurseurs (monoxyde de carbone CO, formaldéhyde HCHO, composés organiques volatils COV), et ii) de réduire les incertitudes associées à leur bilan. A cette fin, le système d'inversion, bayésien et variationnel, PYVAR, couplé au modèle de chimie-transport LMDz-SACS, a été développé et amélioré. La relativement haute résolution spatio-temporelle de l'inversion et les longues séries temporelles étudiées ont apporté de nombreuses connaissances sur l'amplitude et la variabilité (annuelle et interannuelle) de ces gaz. Par exemple, l’optimisation des émissions de CO a révélé une sous-estimation de 37% des émissions venant des inventaires EDGAR-v3. 2 et GFED-v2 ; nos résultats suggèrent une surestimation d’environ 30% des émissions d’isoprène dans l'inventaire GEIA. Une variabilité saisonnière significative des émissions de CO, COV, et de HCFC-22, expliquée par des facteurs socioéconomiques ou naturels, a été soulignée. Enfin, une alternative au MCF, en tant que proxy pour le radical hydroxyl, OH, est proposée, utilisant le HFC-134a
The understanding of the changes in the greenhouse gas and their precursor concentrations is essential for a comprehensive knowledge of tropospheric chemistry and of the actual carbon cycle and for the modeling of future biogeochemical cycles from realistic emission scenarios. In this work, atmospheric concentration measurements, by satellite or/and at surface stations have been extensively used, to i) optimize the estimations of the sources and sinks (emission, chemical production and loss) of greenhouse gases (methane CH4, methylchloroform MCF, chlorodifluoromethane HCFC-22 et 1,1,1,2-tetrafluoromethane HFC-134a) and some of their precursors (carbon monoxide CO, formaldehyde HCHO, volatile organic compounds VOC) and ii) reduce the uncertainties associated to their budget. The bayesian and variational PYVAR inversion system, coupled to the chemistry-transport model LMDz-SACS has been developed and improved. The relatively high spatial and temporal resolution of the inversion and the long time-period studied provided additional knowledge on the amplitude and the variability of these gases. For example, the optimized CO emissions are 37% higher than the prior ones built from EDGAR-v3. 2 and GFED-v2 inventories. Our results also exhibit an overestimation of about 30% of isoprene emissions in the GEIA inventory. Significant seasonal variations of the CO, VOC and HCFC-22 emissions, explained by socioeconomic or biogenic factors, have been revealed. Finally, an alternative to MCF as a proxy for the hydroxyl radical, OH, is studied using HFC-134a

Les relations source/puits de carbone (C) dans la symbiose mycorhizienne à arbuscules (MA) ont été examinées sous différents aspects. Une première partie éco-physiologique rapporte l’existence d’échanges de C entre espèces végétales en conditions naturelles via des champignons MA répondant à la phénologie différente des plantes impliquées. Deux études physiologiques basées sur le système de «split-root» ont montré que la force de puits de C des champignons MA est dépendante de l’espèce fongique, de la souche fongique, ainsi que de l’hôte végétal. Enfin, une étude écologique se positionnant dans un contexte de perturbation naturelle (verglas) endommageant le houppier d’arbres matures a révélé qu’une mauvaise reprise de croissance post-traumatique peut être associée à des taux de mycorhization racinaire plus élevés que ceux d’arbres à bonne reprise de croissance. En résumé, les besoins en C des champignons MA varient en fonction des espèces impliquées dans la symbiose et du stade phénologique de chacune d’elles.
Different aspects of the carbon (C) source-sink relationships in the arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis were investigated. In an initial ecophysiological-based study carried under natural conditions, the existence of AM fungal mediated C exchanges between plant species with different phenology was reported. Two physiological studies based on a split-root system showed the C sink strength of AM fungi to be fungal species, fungal strain and plant species dependent. Finally, an ecological study carried out subsequently to the ice storm of 1998 (natural disturbance) which severely damaged mature tree crowns revealed that poor post-traumatic crown regrowth was associated with higher mycorrhizal colonization levels than in good regrowth trees. In conclusion, the C demand of AM fungi varies with the species involved in the symbiosis and with the phenological stage and health of the phytobiont.
Inscrit au Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures

La chute de luminosité ainsi que l’augmentation saisonnière des températures sont considérées comme les principaux agents induisant la sénescence des feuilles chez les plantes éphémères printanières des forêts décidues. Cependant ces deux facteurs n’expliquent pas directement les variations interannuelles de croissance de l’organe souterrain. Nous suggérons que la longévité des feuilles des géophytes printanières serait déterminée par les conditions de stockage des sucres de réserve (taille de/durée de croissance de l'organe pérenne, vitesse de stockage) et non que la durée de vie des feuilles déterminerait la taille de l’organe pérenne. Nos résultats chez Erythronium americanum suggèrent une entrée en sénescence prématurée de la feuille aux températures élevées lorsque les plantes sont cultivées à 12/8°C ou 18/14°C ; lorsque le bulbe arrête de croître, la feuille est encore photosynthétiquement active et la concentration en nutriments élevée, signifiant une remobilisation non achevée des nutriments. L'enrichissement de l'air en CO2 augmente l'assimilation nette des plantes, mais n'accélère pas la croissance du bulbe, et donc pas l’accumulation des sucres. La force d’un puits de carbone tel que le bulbe pourrait influencer la longévité de la feuille chez les individus immatures de cette espèce.
Reduction in light intensity as well as seasonal increase in temperature are considered the main factors inducing the senescence of the leaves of deciduous forest spring ephemerals. However, these two factors cannot completely explain the interannual variations in belowground organ growth. We suggest that leaf longevity of spring geophytes is determined by carbohydrate storage conditions (size and growth duration of the perennial organ, storage duration) and not that leaf lifespan determine the size of the perennial organ. Our results on Erythronium americanum suggest that leaf senescence appears prematurely under the higher temperature regime when plants are cultivated at 12/8°C or 18/14°C; when the bulb stops to grow, the leaf is still photosynthetically active and the nutrient concentration is high, meaning their mobilisation is not achieved. CO2 air enrichment increases plant net assimilation rate but does not increase bulb growth rate, and thus does not enhance carbohydrate storage. The strength of a sink of carbon such as the bulb might influence leaf longevity in single-leaved individuals of this species.

La chute de luminosité ainsi que l’augmentation saisonnière des températures sont considérées comme les principaux agents induisant la sénescence des feuilles chez les plantes éphémères printanières des forêts décidues. Cependant ces deux facteurs n’expliquent pas directement les variations interannuelles de croissance de l’organe souterrain. Nous suggérons que la longévité des feuilles des géophytes printanières serait déterminée par les conditions de stockage des sucres de réserve (taille de/durée de croissance de l'organe pérenne, vitesse de stockage) et non que la durée de vie des feuilles déterminerait la taille de l’organe pérenne. Nos résultats chez Erythronium americanum suggèrent une entrée en sénescence prématurée de la feuille aux températures élevées lorsque les plantes sont cultivées à 12/8°C ou 18/14°C ; lorsque le bulbe arrête de croître, la feuille est encore photosynthétiquement active et la concentration en nutriments élevée, signifiant une remobilisation non achevée des nutriments. L'enrichissement de l'air en CO2 augmente l'assimilation nette des plantes, mais n'accélère pas la croissance du bulbe, et donc pas l’accumulation des sucres. La force d’un puits de carbone tel que le bulbe pourrait influencer la longévité de la feuille chez les individus immatures de cette espèce.
Reduction in light intensity as well as seasonal increase in temperature are considered the main factors inducing the senescence of the leaves of deciduous forest spring ephemerals. However, these two factors cannot completely explain the interannual variations in belowground organ growth. We suggest that leaf longevity of spring geophytes is determined by carbohydrate storage conditions (size and growth duration of the perennial organ, storage duration) and not that leaf lifespan determine the size of the perennial organ. Our results on Erythronium americanum suggest that leaf senescence appears prematurely under the higher temperature regime when plants are cultivated at 12/8°C or 18/14°C; when the bulb stops to grow, the leaf is still photosynthetically active and the nutrient concentration is high, meaning their mobilisation is not achieved. CO2 air enrichment increases plant net assimilation rate but does not increase bulb growth rate, and thus does not enhance carbohydrate storage. The strength of a sink of carbon such as the bulb might influence leaf longevity in single-leaved individuals of this species.

Le transport atmosphérique relie directement la variabilité des flux de CO2 anthropiques et des puits de carbone naturels aux variations de concentrations atmosphériques. De nombreuses études (1990-2000) se sont penchées sur la résolution du problème inverse : déterminer, en utilisant un modèle numérique du transport, les flux de CO2 en accord "optimal" avec les mesures de concentration. L'originalité du travail de thèse était 1) de simuler la concentration en CO2 à une résolution rarement atteinte sur l'ensemble du continent Européen, et 2) d'inverser les flux à la plus haute résolution possible, celle du modèle de transport. Dans un premier temps, on a donc évalué la capacité du modèle de transport à reproduire les variations décennales, diurnes et synoptiques observées. Dans un second temps, on a inséré le code adjoint du modèle dans un nouveau schéma d'inversion variationnelle développé au laboratoire, puis estimé la distribution "optimale" des flux et leurs incertitudes.

Au cours des trois dernières décennies, les programmes d'observation des GES se sont orientés vers des échelles de plus en plus fines. Il est devenu indispensable de développer les réseaux d'observation pour s'adapter aux échelles visées. On s'oriente également vers une augmentation des espèces observables afin de disposer d'une palette de traceurs atmosphériques. Dans le cadre de l'infrastructure de recherche européenne ICOS, le Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE) est en charge de la veille technologique en matière d’instruments de mesure des GES. Dans le cadre de ma thèse, j’ai évalué en premier lieu les performances d’un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) ciblant cinq composés: N2O, CH4, CO, CO2 et son isotope 13CO2.Hormis le FTIR, d’autres nouvelles techniques sont apparues sur le marché, en particulier concernant la mesure du N2O. Contrairement au CO2 et CH4 les stations ICOS n'ont pas encore l'obligation de mesurer le N2O car aucun instrument n'a été reconnu comme suffisamment performant. Dans le cadre de ma thèse j'ai eu la responsabilité de faire l'évaluation de sept analyseurs de N2O provenant de cinq constructeurs différents. Grâce à cette étude, j’ai pu regrouper les analyseurs en deux catégories : les instruments performants pour de hautes fréquences de mesures (<1 min) et les instruments stables sur le long terme. La première catégorie est plus adaptée aux mesures des échanges avec les écosystèmes par la méthode des flux turbulents, alors que la deuxième permet le suivi à haute précision dans l'atmosphère. La plupart des instruments présentent une sensibilité aux variations de température ambiante ainsi qu’une correction de la vapeur d’eau insuffisante (Lebegue et al., 2016).Par la suite, j’ai utilisé les données de N2O obtenues avec le FTIR afin de déterminer les émissions de ce gaz à l’aide de la méthode Radon qui repose sur la corrélation entre l’accumulation nocturne du 222Rn et celle de N2O. L’instrument FTIR proposant une meilleure justesse de mesure que le GC utilisé par le passé, j’ai pu obtenir un plus grand nombre d’évènements exploitables (+45%). Par la suite, j'ai installé le FTIR sur le site de Trainou, une tour radio près d'Orléans, début 2014 afin de caractériser les gradients verticaux de N2O et 13CO2.Le LSCE a acquis en mars 2015 un spectromètre laser de marque Aerodyne Research dédié à l’étude des échanges atmosphère-biosphère du carbone. Les trois composés cibles sont CO2, H2O et l’oxysulfure de carbone (COS). Dans la mesure où les plantes assimilent COS et CO2 et qu’il n’existe pas de mécanisme équivalent à la respiration du CO2 pour le COS, l’absorption du COS par les plantes serait directement proportionnelle à leur activité photosynthétique. Dans ce contexte, j’ai évalué les performances de l’instrument Aerodyne puis comparé ces dernières à celles du GC qui évalue depuis août 2014 les variations diurne et saisonnière du rapport de mélange à l’Orme des Merisiers. Enfin, j’ai installé l’instrument Aerodyne à la tour ICOS de Saclay afin d’y documenter les variations diurnes du gradient vertical de COS.Mes études montrent (1) que l'Aerodyne et le GC présentent des performances similaires mais que l'Aerodyne a l’avantage de nécessiter une maintenance nettement moins importante, et (2) que l’instrument Aerodyne est capable de détecter un gradient vertical de quelques ppt en période de stratification nocturne. Dans cette partie de mon travail de thèse, j’évalue aussi les variations saisonnières du COS dans la basse troposphère, déterminées à partir des données GC, que je compare à d’autres sites à travers le monde. J’ai également pu estimer sur cette période, par la méthode Radon, les vitesses de dépôt de COS sur le Plateau de Saclay. Cette méthode m’a permis de mettre en évidence l’existence d’un puits nocturne de COS dans la région du plateau de Saclay qui demeure actif quasiment tout au long de l’année
During the last three decades, GHG observations programs went towards ever smaller scales, and it is becoming necessary to develop observation networks and adapt them to the different scales studied. Besides denser networks, we are going toward an increase of the species monitored in order to have a wide range of atmospheric tracers available to identify processes. As a member of the European research program ICOS (Integrated Carbon Observing System), the LSCE (Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement) is in charge of technological watch for GHG measuring analyzers. In the scope of my thesis, I first tested a Fourier Transform Infra-Red Spectrometer (FTIR) commercialized by Ecotech which can analyze five species: N2O, CH4, CO, CO2 and its isotope 13CO2.Apart of the FTIR, other new technologies appeared on the market, particularly relating to N2O measurements. Unlike CO2 and CH4, ICOS stations don’t require measuring N2O, as no instrument has been found to be performant enough concerning measurement precision and reliability for the ICOS network. During my thesis, I had the responsibility to make an exhaustive evaluation of seven analyzers of N2O from five different manufacturers. I’ve been able to gather the analyzers in two categories: those with good high frequency measurements (< 1 min) and those which are stable over long periods. The first category is particularly adapted to measurement of exchange rates between different ecosystems, whereas the second allows for high precision monitoring of the atmosphere. Most instruments show dependence to ambient temperature variations as well as a water vapor correction either useless or lacking (Lebegue et al., AMT, 2016).Then, I used N2O measurements from the FTIR in order to determine night emissions of this gas by using the Radon method which calculates the correlation between the nocturnal accumulation of 222Rn and N2O. Thanks to the better repeatability of the FTIR over the gas chromatograph one, I have been able to obtain more workable events than with the GC (+45%). Start of 2014, I installed the FTIR at the Trainou station, a radio tower near Orléans, in order to document the vertical gradients of N2O and 13CO2.The LSCE received in March 2015 a laser spectrometer from Aerodyne Research dedicated to the study of atmosphere/biosphere carbon fluxes. Three species are analyzed, CO2, H2O and carbonyl sulfide (COS) for which the mixing ratio in the troposphere is a million times smaller than CO2’s. Considering that vegetation assimilate COS and CO2 in similar proportions and that there is no mechanism similar to respiration for COS, the absorption of COS by the vegetation should be directly proportional to the photosynthetic activity. In this respect, I have characterized the performances of the new instrument Aerodyne. I then compared measurements of COS from this instrument to those obtained with a GC which document, since August 2014, the diurnal and seasonal variations of COS mixing ratios and fluxes at the LSCE. Finally, I installed the Aerodyne analyzer at the ICOS tower of Saclay in order to document the diurnal variations of the vertical gradient of COS during the winter period.My studies showed (1) that the Aerodyne and the GC show similar performances although the Aerodyne analyzer has the advantage of needing less maintenance, and (2) that the Aerodyne analyzer is able to detect a vertical gradient of a few ppt during a nocturnal stratification. Here, I also study the seasonal variations of COS in the low troposphere, from GC data, which I compare to other stations across the world. I’ve also been able to estimate over this period, with the Radon method, the deposition velocity of COS over the Saclay plateau. Thanks to this method, I was able to document a nocturnal sink active for almost the full year over the Saclay Plateau

Le verre recyclé est nécessaire à l’élaboration du verre car il permet de limiter la température de fusion, de réduire l’utilisation de ressources premières, de faciliter son affinage et de limiter le dégagement de dioxyde de carbone. Cet article examine l'ensemble des éléments entrant dans la composition des verres, ainsi que les différentes sources de calcin. Il évalue les enjeux et bénéfices du recyclage ainsi que les problèmes liés aux impuretés et à leurs origines.

La photosynthèse est le processus qui utilise la lumière du soleil comme unique apport d'énergie pour chasser le dioxyde de carbone (CO2) de notre atmosphère et le convertir en un vecteur d'énergie chimique. Comprendre le fonctionnement de l’appareil photosynthétique dans le monde du vivant est une étape clé vers le développement de systèmes artificiels qui seraient capables de reproduire les processus de captage de la lumière, couplés à la catalyse de transformation de l’eau et du CO2 (Sanderson, 2008). Les chimistes du monde entier consacrent beaucoup d'efforts à la mise au point de molécules et de matériaux pour la production de carburant solaire, se rapprochant ainsi d'une économie alimentée par des sources d'énergie neutres en carbone. Les énormes défis consistent à développer des matériaux avancés, peu coûteux et éco-compatibles, capables de capter la lumière pour activer et transformer des molécules très stables, à savoir l'eau et le dioxyde de carbone – les ingrédients clés – en nouvelles molécules pour nos besoins.

La transition énergétique passera notamment par l’autoconsommation et l’autoproduction. L’utilisation de sources d’origines solaire et/ou éolienne permettront d’atteindre les objectifs bas carbone (atteindre la neutralité carbone à l’horizon 20250). Cette production étant intermittente, il est indispensable de les stocker pour pouvoir les utiliser au moment opportun. Actuellement la technologie dominante est l’accumulation d’énergie dans des batteries au lithium qui sont nuisibles à l’environnement et tributaires de la disponibilité au niveau mondial.De nouvelles batteries innovantes, comme celles au sodium-ion paraissent plus écologiques. Néanmoins, elles présentent l’inconvénient d’une durée de vie plus faible. L’utilisation d’un système de management de batterie (BMS – Battery Management System) l’améliore, les rendant ainsi concurrentielles aux batteries lithium-ion.

Les perspectives offertes par l’hydrogène dans le cadre de la transition énergétique et de la décarbonation du système énergétique constituent un sujet d’actualité majeur. Des sources d’hydrogène naturel ont été repérées en divers points du globe. Mais, à l’heure actuelle, il n’est pas possible de donner une estimation du potentiel en énergie primaire de ces sources, ni d’évaluer les capacités d’exploitation correspondantes. Les explorations doivent être poursuivies. L’hydrogène aujourd’hui disponible n’est pas une source d’énergie primaire mais un vecteur énergétique, produit à partir de ressources fossiles pour une utilisation essentiellement industrielle (raffinage du pétrole et synthèse d’ammoniac). Demain, il faudra décarboner cet hydrogène et l’utiliser plus largement pour d’autres applications industrielles (notamment pour diminuer l’empreinte carbone de la production d’acier et du ciment) et pour la mobilité lourde. Étant donné que la production de l’hydrogène doit principalement être guidée par le gain de réduction des émissions de gaz à effet de serre, ce présent rapport vise à définir ce qu’est l’hydrogène dit décarboné, qui doit prévaloir sur tout hydrogène carboné. Il s’agira ainsi de préciser comment il est produit, de mieux identifier quels pourraient être, à l’avenir, ses usages les plus appropriés, et de recommander un niveau raisonnable de consommation d’hydrogène, notamment en prenant en compte les besoins induits en termes de production d’énergie électrique, qui seront considérables . La production d’hydrogène par électrolyse de l’eau, qui apparaît comme un élément clé en termes d’émissions de dioxyde de carbone (CO2), n’est décarbonée que si l’électricité utilisée est effectivement bas carbone (nucléaire ou renouvelable), ce qui est loin d’être le cas en Europe ou dans le monde. Pour le moment, l’électricité au niveau du mix européen est très largement carbonée et son utilisation pour alimenter les électrolyseurs conduirait à des émissions de CO2 deux fois supérieures à celles du procédé de synthèse classique à partir du méthane. Avec un mix électrique remarquablement bas carbone, la France dispose d’un atout majeur pour jouer un rôle pionnier dans le déploiement de l’hydrogène décarboné, à condition que les nouvelles capacités de production électrique nécessaires soient rapidement disponibles et elles-mêmes bas carbone. L’analyse réalisée souligne l’importance de l’enjeu de compétitivité industrielle constitué par la mise au point d’électrolyseurs disposant des meilleures performances possibles, au service d’une souveraineté énergétique nationale. L’effort dans ce domaine mérite d’être soutenu par une recherche scientifique et technologique sur l’efficacité énergétique des électrolyseurs et des piles à combustible, les questions de réduction de l’empreinte environnementale de ses éléments, l’amélioration de leur stabilité et de leur durée de vie, et, plus généralement, tous les éléments de la chaîne de valeur (réservoirs, nouveaux matériaux, matériaux et molécules de stockage et transport de l’hydrogène, etc.). Le rapport met également en évidence la nécessité de guider les choix et les développements par des analyses de cycles de vie effectuées sur l’ensemble de la chaîne de valeur. Les questions de sécurité soulevées par l’utilisation de l’hydrogène sont majeures. Il est absolument nécessaire de les traiter avec attention, et des connaissances scientifiques et technologiques nouvelles sont indispensables pour définir des applications sûres de l’hydrogène. En particulier, pour les applications envisagées en dehors des espaces industriels, il faudra s’assurer que les protocoles et les règlements restent compatibles avec leur diffusion. L’analyse des usages futurs de l’hydrogène décarboné indique que, dans un premier temps, les applications devraient être principalement faites dans : (i) le domaine industriel, en particulier pour défossiliser les procédés industriels les plus émetteurs de gaz à effet de serre (notamment la production d’acier et de ciment) et pour remplacer l’hydrogène gris dans les usages industriels actuels (synthèse de l’ammoniac et du méthanol) ; (ii) le domaine des transports lourds (maritime ou aérien), notamment en permettant la synthèse de carburants alternatifs pour remplacer les combustibles fossiles actuels.

Les forêts françaises couvrent 31% du territoire métropolitain. Elles contribuent de multiples façons au bien-être humain (production de bois, purification de l’air et de l’eau, maintien des sols, habitat pour la biodiversité, alimentation, santé, activités récréatives, etc.) et participent aux Objectifs de Développement Durable fixés par l’ONU. En particulier, la France s’étant engagée à atteindre la neutralité carbone dès 2050, le rôle de puits et de stockage de carbone des forêts est considéré comme un élément majeur de sa Stratégie Nationale Bas Carbone (SNBC). Depuis quelques années, les forêts françaises, dont la surface n’avait cessé de croître depuis plus d’un siècle, connaissent, de façon inquiétante, une diminution de productivité, des dépérissements massifs et un risque incendie accru. Le changement climatique en cours met ainsi en péril les ressources forestières et leur contribution attendue pour préserver la biodiversité, favoriser le développement rural et la bioéconomie, renforcer la production de bois, assurer le bien-être sociétal et équilibrer le bilan carbone de la France. Les enjeux sont considérables et l’orchestration des mesures à prendre s’avère extrêmement délicate en raison de la diversité des attentes de la société. L’Académie des sciences dresse ici un état des lieux des connaissances actuelles sur les diverses contributions des forêts à la société, puis identifie les défis à relever au regard des menaces actuelles et à venir. Finalement, elle présente un ensemble de recommandations pour assurer simultanément la résilience des forêts, leur rôle de puits de carbone, la production de bois, la préservation de la biodiversité, et la qualité des autres contributions du milieu forestier au bien-être humain. Les recherches scientifiques devront porter sur les connaissances nécessaires à la compréhension du bilan carbone des forêts, l’adaptation du milieu forestier au changement climatique et l’efficience d’utilisation du bois. Des modèles capables de simuler l’évolution des forêts en réponse aux perturbations naturelles et anthropiques ainsi que les pratiques sylvicoles doivent être développés. Les données nécessaires à leur validation (composition des peuplements, biomasse aérienne et souterraine, flux de carbone) doivent être acquises et diffusées largement. La prise en compte des facteurs physico-chimiques, biologiques, économiques et sociaux dans l’évaluation des enjeux liés aux forêts nécessite des études interdisciplinaires. Enfin, une méthodologie vérifiable et transparente de calcul des émissions évitées grâce aux usages du bois est nécessaire pour évaluer la contribution des produits bois aux objectifs de la SNBC. Un effort majeur de gestion forestière est nécessaire pour optimiser à l’échelle nationale l’adaptation des forêts au changement climatique, la production de bois et la préservation de la biodiversité. Ces pratiques doivent être flexibles, évolutives et adaptées au contexte socio-écologique local. Pour gérer les effets du changement climatique par une stratégie sans regrets, la structure des peuplements devra être ajustée en favorisant la sylviculture à couvert continu, en ajustant les densités de peuplement aux conditions hydriques, en augmentant la diversité des essences, en évitant autant que possible les coupes rases dont les impacts écologiques et climatiques sont trop importants, et en conservant des vieux arbres qui sont des refuges pour la biodiversité et représentent un patrimoine génétique à préserver. Le rôle de la filière bois sera crucial pour la réussite de la transition énergétique. La filière devra optimiser son bilan carbone depuis le prélèvement en forêt jusqu’au recyclage des produits bois et des connexes de scierie. Sa réindustrialisation doit être soutenue afin de permettre la transformation du bois français en France, le développement des produits bois à longue durée de vie, la valorisation des bois de feuillus, et une maîtrise à court terme des volumes de produits à courte durée de vie. Les politiques publiques devront accompagner la filière forêt-bois de manière cohérente pour assurer le succès de la transition énergétique. La récente diminution du puits net de carbone des forêts appelle à une révision urgente de la SNBC dont les objectifs ne seront pas tenus. D’autres scénarios doivent être évalués sur un temps long et en s’inscrivant dans une approche écosystémique et multifonctionnelle de la forêt. Enfin la gouvernance forestière devra mieux prendre en compte les intérêts et souhaits des différents acteurs.

Cette recherche rappelle opportunément l’importance mondiale des terres et territoires détenus par les communautés, leur importance pour la protection, la restauration et l’utilisation durable des forêts tropicales à travers le monde, ainsi que les lacunes critiques dans l’architecture du développement international qui ont jusqu’à présent sapé les progrès vers la reconnaissance légale de ces terres et territoires. Nos conclusions indiquent que les peuples autochtones, les peuples afro-descendants et les communautés locales détiennent et utilisent de manière coutumière au moins 958 millions d’hectares (mha) de terres dans les 24 pays examinés, mais qu’ils ont des droits légalement reconnus sur moins de la moitié de cette superficie (447 mha). On estime que leurs terres stockent au moins 253,5 gigatonnes de carbone (GtC), jouant ainsi un rôle vital dans le maintien des puits et réservoirs de gaz à effet de serre d’importance mondiale. Cependant, la majorité de ce carbone (52 %, soit 130,6 GtC) est stockée sur des terres et des territoires détenus par les communautés et qui n’ont pas encore été légalement reconnus.