Academic literature on the topic 'Biomasse – Dynamique'

L'article présente les effets de l'exploitation forestière sur la dynamique de la biomasse aérienne à partir des résultats issus de l'exploitation commerciale au sein de deux forêts : Cikel dans l'Est du Pará au Brésil et Paracou en Guyane française. L'objectif principal a été de comparer l'impact de ce type d'exploitation sur la régénération de la biomasse aérienne dans ces deux forêts dont les caractéristiques sont différentes en termes de structure et de croissance. Dans les deux sites, l'intensité de l'exploitation s'avère être un facteur essentiel déterminant de la perte de biomasse et le temps nécessaire à sa régénération. À Paracou, la régénération de la biomasse aérienne perdue lors des coupes d'abattage de 10 arbres par hectare prendra 45 ans et plus de 100 ans en cas d'exploitation à plus forte intensité (21 arbres par hectare). À la Cikel, la biomasse aérienne se régénérera au bout de 49 ans après exploitation à raison de 6 arbres par hectare et au bout de 87 ans après prélèvement de 8 arbres par hectare. Cette régénération prendra donc autant de temps sur les deux sites, mais avec un moindre nombre d'arbres exploités à la Cikel, les arbres abattus étant de plus grande taille avec une biomasse aérienne individuelle plus importante qu'à Paracou. Après le passage en coupe, l'étude a établi une corrélation directe de la dynamique de la biomasse aérienne avec la structure initiale de la forêt ainsi qu'avec les paramètres de la dynamique forestière : mortalité, croissance et recrutement. L'accumulation de biomasse aérienne par la croissance globale des peuplements après coupe s'avère être un paramètre clé pour le stockage net du carbone, toutefois la contribution du recrutement ne devient significative à Paracou qu'au bout de 10 ans après exploitation. Il s'agit donc de favoriser la croissance des arbres résiduels après la coupe, grâce aux traitements sylvicoles tels que l'éclaircie sélective ou l'élimination de lianes. Alors que les deux forêts sont géographiquement assez proches, leurs capacités de régénération ne sont pas identiques et, en raison de la différence significative de taille des arbres, la forêt guyanaise pourrait tolérer une plus forte intensité d'exploitation.

Le périphyton de la rivière Boyer Nord, une rivière affectée par les activités agricoles dans le sud du Québec (Canada), a été échantillonné toutes les deux semaines de la mi-mai à la fin septembre 1999 afin d'évaluer son évolution temporelle et d'identifier les variables potentielles qui le contrôlent. Les résultats montrent la grande variabilité temporelle de la biomasse périphytique (poids sec organique et chlorophylle a) et de la structure de la communauté de diatomées. La communauté d'algues benthiques dans la rivière Boyer était principalement composée de diatomées (Nitzschia, Cocconeis, Cymbella, Cyclotella), d'algues vertes (Scenedesmus, Pediastrum, Cosmarium, Closterium) et de cyanobactéries (Phormidium, Oscillatoria, Merismopedia). La pointe de débit observée durant la semaine précédant l'échantillonnage était fortement corrélée à plusieurs variables physico-chimiques (N-total, NH3-N, NO3-N, P-total, turbidité) et était le plus fortement corrélée aux changements temporels de la biomasse. La biomasse (chlorophylle a et poids sec organique) était négativement corrélée au phosphore total, ce qui reflète la relation avec le débit. Les changements temporels dans la composition spécifique des diatomées étaient régis par différentes variables physico-chimiques, selon les limites de tolérances et la valence écologique des espèces. Les algues périphytiques de cette communauté ont réagi aux variations de l'environnement à l'intérieur d'une période de 2 semaines puisque des changements majeurs dans la structure de l'assemblage de diatomées ont été observés lors de chaque échantillonnage. Ces observations montrent la forte variabilité de la biomasse et de la structure de la communauté périphytique dans les rivières enrichies par les éléments nutritifs et souligne l'influence majeure du débit dans ce type d'environnement.

Cette étude avait pour but d’évaluer la dynamique saisonnière des pâturages herbacés dans la zone sahélienne du Burkina Faso. Pour estimer la biomasse de la strate herbacée, deux opérations de coupe de la biomasse espacées d’un intervalle de quinze jours ont été effectuées chaque mois dans dix parcelles permanentes de 100 m2 ainsi que des relevés phytosociologiques afin de distinguer les différents types de pâturages. L’évolution de la biomasse en fonction du temps a montré des phases distinctes. La première phase (juin – juillet) avec une croissance lente constitue la phase d’installation de la végétation dont les conditions d’humidité sont favorisées par les premières pluies. La deuxième phase qui s’étale d’août à septembre où la production est culminante constitue la phase de maturation des herbacées. Le pic de la production dans chacun des pâturages est observé durant cette période où la réserve utile des sols est élevée. La quatrième phase (octobre – novembre) traduit la décroissance de la production de la strate herbacée. La vitesse de croissance journalière de la biomasse de la strate herbacée est irrégulière. La croissance de la strate herbacée commence tout juste après les premières pluies. Les valeurs élevées (de 7 à 19,0 g.jour-1) se situent au cours des mois de juillet jusqu’au début du mois de septembre, ce qui correspond aux mois où la réserve utile du sol est maximale. La production de biomasse varie en fonction des pâturages. Le pâturage à Piliostigma reticulatum et Justicia insularis est le plus productif avec 0,91 ± 0,97 tonnes de matières sèches par hectare. Les capacités de charge ont varié de 0,0 à 0,7 UBT.ha-1 par mois et interpellent sur la nécessité de modérer la pâture et d’enrichir les parcours sahéliens.

La dynamique écologique des cours d'eau est fortement liée à leur régime hydrologique qui en façonne la structure morphologique à l'occasion de crues caractéristiques mais qui en rythme également l'habitat physique quotidien. L'hydrologie joue aussi un rôle majeur dans la modulation saisonnière des caractéristiques thermiques et chimiques, autres paramètres abiotiques fondamentaux. Deux exemples concrets pris dans un cours d'eau alpin, la Séveraisse, démontrent l'intérêt d'une étroite connexion entre l'hydrologie et l'hydroécologie. La quantification de l'habitat des poissons repose sur la méthode des microhabitats dont les principes ont été définis par l'US Fish and Wildlife Service (Instream Flow Incremental Melhodology, USA, Fort Collins, Colorado). Cette méthodologie combine une description détaillée de stations représentatives du cours d'eau par mesure puis modélisation hydraulique des paramètres de l'habitat tels que la hauteur d'eau, la vitesse du courant et le substrat avec des modèles de préférence de localisation des poissons à différents stades vitaux. Des valeurs d'habitat potentiel par stade vital pour les différentes espèces étudiées (ici la truite Fano, Salmo frutta fario) sont calculées pour différents débits. Des chroniques hydrologiques de qualité sont par conséquent nécessaires pour analyser la dynamique de l'habitat et en reconstituer l'historique. Les faibles débits lors des étiages estivaux correspondent souvent à un habitat limitant pour l'adulte de truite. D'autres épisodes hydrauliques critiques peuvent aussi exister. Ce fut le cas d'une crue sévère de 7D m3/s sur la Séveraisse dont l'effet biologique a pu être évalué : iode diminution de la densité et de la biomasse de truite, structure de taille désorganisée. Ces deux exemples soulignent l'importance des données hydrologiques en hydroécologie. Les évènements exceptionnels, les épisodes structurants, les étiages, le rythme saisonnier des débits définissent la variabilité spatiale et temporelle de l'environnement aquatique, qu'il faut ensuite relier à la dynamique biologique des hydrosystèmes.

Sur la base d'études microbiologiques expérimentales réalisées sur différents réseaux de distribution d'eau potable en France, un modèle de la dynamique des bactéries et du carbone organique biodégradable (CODB) a été développé ( le modèle SANCHO). Les processus suivants ont été pris en compte : - l'hydrolyse bactérienne exoenzymatique de la matière organique et la croissance des bactéries libres et fixées, à partir des produits des hydrolyses ; - la mortalité des bactéries, source de relargage de matière organique ; - les interactions entre les surfaces internes des canalisations et les bactéries avec un processus d'adsorption réversible ; - la consommation de chlore par réaction avec la matière organique et l'effet du chlore libre sur l'activité des bactéries en suspension et fixées qui a été déterminé expérimentalement. Le modèle calcule, en considérant les cinétiques présentées ci-dessus, les variations spatiales à l'état stationnaire du CODB, du résiduel de chlore libre, de la biomasse bactérienne libre et fixée. Ce calcul s'effectue pour une masse d'eau circulant durant des temps connus dans des canalisations de diamètres décroissants. Afin de valider ce modèle, des comparaisons entre les résultats expérimentaux et calculés par le modéle ont été effectuées pour deux réseaux de distribution différents. Un bon accord est observé entre les résultats expérimentaux et ceux calculés pour les situations présentées qui sont caractérisées par des teneurs très différentes en chlore et en CODB dans l'eau alimentant les réseaux. Une fois validé, ce modèle peut être utilisé afin de prédire l'effet de certaines modifications de la qualité de l'eau alimentant un réseau sur la dynamique bactérienne au sein de ce réseau. Il permet de définir la qualité de l'eau requise en sortie de filière afin de respecter une qualité souhaitée dans tout le réseau de distribution.

L'étude du métabolisme des populations microphytobenthiques par le biais des principaux constituants cellulaires à savoir les glucides, les protéines et les lipides a été réalisée du mois d'août 1996 au mois de juillet 1997 au sein du réservoir Allal El Fassi, situé sous climat semi-aride. Les résultats issus d'un échantillonnage sur substrats artificiels permettent de montrer que : - la température, l'oxygène, l'azote et le phosphore influencent l'orientation métabolique des populations microphytobenthiques ; - les plus fortes concentrations en glucides, en protéines et en lipides correspondent à des populations estivales ; - les lipides sont susceptibles de fournir une estimation satisfaisante de la biomasse microphytobenthiques ; - le métabolisme du microphytobenthos s'oriente vers la synthèse préférentielle des protéines.

La futaie de pin maritime du Massif des Landes de Gascogne fait l'objet d'une sylviculture dynamique ; les dommages occasionnés par les tempêtes Martin (1999) et Klaus (2009) puis par des ravageurs (scolytes) ont entrainé une forte diminution de la ressource en bois. Cela a accentué la demande de la filière forêt-bois aquitaine pour un suivi permanent, précis et spatialisé de celle-ci. L'étude Pinastéréo ouvre des perspectives nouvelles en la matière grâce au modèle numérique de surface (MNS) obtenu par corrélation d'images stéréoscopiques Pléiades. Sa combinaison avec le modèle numérique de terrain BD Alti® fournit le modèle de hauteur de canopée (MNHC). La précision des MNS et MNHC a été évaluée avec des mesures de référence (LiDAR aérien, placettes de levers dendrométriques) ; elle s'est avérée satisfaisante. Il est montré que la hauteur dominante des peuplements de pin maritime, leur volume aérien total et leur biomasse peuvent être modélisés à partir du MNHC. Une carte de la hauteur dominante a alors été produite sur un site de référence ; celle de la biomasse reste à faire. Les faibles incertitudes observées sur les estimations de hauteur et de volume sont très prometteurs pour une généralisation de la méthode au Massif landais ou même à d'autres futaies régulières résineuses.

L'étude combinée des apports par les crues, du plancton, des contenus algaux du tractus digestif des Cladocères et du régime alimentaire de quelques espèces de poissons dans le lac de barrage oligotrophe Bin El Ouidane a permis de dégager les conclusions suivantes : - les apports particulaires et dissous par les crues durant la période d'étude 1995-1997 ont une influence marquée sur la dynamique saisonnière du zooplancton via les changements dans la dynamique du peuplement phytoplanctonique ; - durant les trois années d'étude, le maximum de biomasse zooplanctonique se situe généralement juste après les pics printanier et estival du phytoplancton mettant ainsi en évidence l'importance du zooplancton herbivore dans la chaîne alimentaire pélagique du lac ; - l'étude des contenus algaux du tractus digestif des Cladocères Daphnia longispina, Daphnia lumholtzi, Diaphanosoma brachyurum, Ceriodaphnia dubia, Ceriodaphnia reticulata et Bosmina longirostris a montré que l'essentiel des espèces sont des filtreuses herbivores qui adoptent un comportement nutritionnel variable en fonction du temps lié à la disponibilité en phytoplancton, à leur âge et aux caractéristiques biotiques et abiotiques de l'écosystème lacustre ; - l'étude préliminaire du régime alimentaire de trois espèces de poissons Tinca tinca, Eupomotis gibbosus et Cyprinus carpio montre que leur spectre alimentaire est nettement dominé par le plancton. La fraction faunistique au niveau de leur tube digestif est représentée essentiellement par les Cladocères de grande taille et les Chironomes. Ceci met en évidence l'importance de ces poissons, à régime essentiellement planctonophage, dans la régulation des peuplements planctoniques de la retenue Bin El Ouidane.

Cette thèse s’intéresse à l’optimisation d’un réacteur à jet (« conical jet spouted bed »), pour la gazéification solaire de biomasse (copeaux de hêtre). Le gaz de synthèse obtenu (« syngas ») permet, entre autres, la synthèse d’alcools et de biocarburants. L’intégration de chauffage solaire permet de décarboner un procédé habituellement autothermique, dans lequel un tiers de la matière première est brûlé pour chauffer le réacteur, dégradant au passage la qualité du gaz produit. De nombreux designs de gazéifieurs solaires ont été étudiés expérimentalement depuis les années 1980, montrant des performances énergétiques prometteuses. Quelques travaux théoriques ont également été menés pour étudier la mise en oeuvre de cette technologie dans un procédé industriel. En particulier, il convient de répondre aux variations d’ensoleillement, en proposant des méthodes de stockage thermique et d’hybridation. L’hybridation solaire-autothermique, par injection d’oxygène in situ, est une solution intéressante qui sera traitée au cours de cette thèse. Dans un premier temps, le dispositif expérimental (1.5 kWth) est décrit. Des expériences avec injection continue sont menées, pour mieux caractériser les réactions de pyrolyse du bois, et de gazéification du char. Via des études comparatives, l’impact de l’agencement de la cavité sur les performances de gazéification solaire est mis en évidence (chauffage indirect via une plaque émettrice, lit de particules inertes, confineur cylindrique). Un code de simulation dynamique est finalement développé sous PYTHON, pour modéliser l’impact des débits de réactifs sur les performances du réacteur en régime transitoire. Ce code couple des cinétiques hétérogènes pour les réactions char-gaz, avec un modèle d’équilibre thermodynamique en phase gaz. Les hypothèses associées permettent de réduire les temps de calcul. Dans un deuxième temps, le procédé hybride solaire-autothermique est décrit. Des essais expérimentaux sont exploités, pour quantifier l’impact négatif de l’injection d’O2 sur la qualité du gaz produit (teneur en H2 et CO). Des stratégies de contrôle sont alors proposées pour pallier ces effets, via l’ajout contrôlé de biomasse ou d’eau pendant l’hybridation. Une stratégie de production à H2+CO constant est retenue pour la suite, et est l’objet d’une étude paramétrique sous PYTHON. Les impacts de l’hybridation sur la température de paroi et la composition du gaz de synthèse sont commentés. 5 Dans un troisième temps, le code PYTHON est appliqué au contrôle dynamique du gazéifieur hybride, permettant de dresser des bilans de production annuels. Un dimensionnement à grande échelle est étudié (10 MWth), dans le cadre d’une régulation du débit volumique H2+CO et de la température de la zone réactive. Des études paramétriques sont présentées, concernant les paramètres du code de contrôle et l’impact de choix de design sur les performances du gazéifieur hybride. Enfin, la pertinence des hypothèses du modèle est discutée. La présente thèse propose ainsi une stratégie d’hybridation précise (H2+CO constant), visant à faciliter l’intégration du gazéifieur solaire dans un procédé industriel. La faisabilité du contrôle dynamique, avec un pas de temps de l’ordre de la seconde, est démontrée. Pour une centrale de 10 MWth dans la région d’Odeillo (France), la part de chauffage solaire annuelle serait d’environ 20%. Au-delà, la production de syngas est nécessairement fluctuante, rendant nécessaire l’intégration de modules de stockage conséquents. Des perspectives sont finalement proposées pour éclairer les choix de conception d’un gazéifieur hybride à grande échelle
This thesis tackles the optimization of a spouted-bed reactor, for the solar gasification of biomass (beech wood pellets). The syngas synthesized is notably useful for the production of alcohols and fuels. Integrating solar heating enables decarbonating the process, which is usually autothermal. This means that one third of the initial feedstock is usually burnt to heat the reactor, and that the producer gas is contaminated.Various gasifier designs have been assessed experimentally since the 1980s, showing promising energy efficiencies. Some theoretical works were also carried out to tackle the practical application of the technology in industrial processes. In particular, the fluctuations of sunlight availability must be managed, by proposing thermal storage and hybridization methods. The solar-autothermal hybridization – which relies on in situ oxygen injection – is an interesting solution, and will be tackled all through the present thesis.Firstly, the experimental setup (1.5 kWth) is detailed. Preliminary experiments with continuous injection are carried out, to better characterize the reactions of wood pyrolysis and char gasification. Via comparative studies, the impacts of the cavity’s layout on gasification results are described (indirect heating through an emitter plate, inert particles bed, cylindrical confiner). A dynamic simulation code is eventually developed in PYTHON, to model the impact of reactants feeding rates on transient outcomes. This code couples heterogeneous kinetics, corresponding to char-gas reactions, with the computation of thermodynamic equilibrium in the gas phase. The related hypotheses enable reducing the computational costs.Secondly, the solar-autothermal hybrid process is described. Experimental results are exploited, to quantify the negative impact of O2 injection on the producer gas quality (H2 and CO yields). Control strategies are then proposed to mitigate these effects, via the controlled injection of biomass or water throughout hybridization. A constant H2+CO production strategy is retained for the following, and is assessed through a parametric study in PYTHON. The impacts of hybridization on the walls temperature and syngas composition are discussed.Thirdly, the PYTHON code is applied to the hybrid gasifier dynamic control, in order to establish yearly production reports. An upscaled reactor is considered (10 MWth), with controlled H2+CO volume production and reactants temperature. Parametric studies are performed regarding the control code tuning, and the impact of design parameters on the hybrid gasifier performances. Finally, the relevance of the model assumptions is discussed.7The present thesis thus proposes a precise hybridization strategy (constant H2+CO production), which aims at facilitating the integration of the solar gasifier in an industrial process. The feasibility of dynamic control on a second-per-second time scale is demonstrated. In a 10 MWth plant around the location of Odeillo (France), the yearly solar heat share might be around 20%. Beyond this point, syngas production is necessarily fluctuating, thus requiring the integration of costly storage facilities. Perspectives are listed to clarify design choices for upscaled hybrid gasifiers

Cette thèse aborde l'étude du fonctionnement des forêts tropicales à travers trois chapitres. Le premier porte sur la dynamique de la biomasse à l'échelle du paysage. Il apporte une amélioration de l'estimation de la biomasse et des erreurs associées à partir de données de terrain et de données de LiDAR aéroporté (ALS) dans une zone à très forte biomasse. L'approche préconisée par Chave (2014) a été adoptée pour calculer la biomasse et sa dynamique sur les parcelles permanents ce qui a permis d'avoir une relation entre biomasse et médiane de la hauteur de la canopée mesurée grâce à l'ALS. Deux relevés ALS à quatre ans d'intervalle ont ensuite permis de quantifier la biomasse à l'échelle du paysage et sa dynamique. Le second chapitre traite de la dynamique et la structure d'une forêt infestée par des lianes. La combinaison des données de suivis de parcelle, des relevés ALS, de l'étude des sols et de suivi de la dynamique de la litière et des plantules a permis de mettre en évidence un fonctionnement particulier. La dynamique et la structure de la forêt de lianes (beaucoup de perturbations, des arbres plus petits) et le fait que sa présence ne semblait pas lié à des facteurs édaphiques nous ont amené à la considérer comme un état de régénération alternative bloquée de la forêt. Enfin, dans le troisième chapitre, des données issues d'une cinquantaine de capteurs micrométéorologiques et des données d'ALS ont été combinée pour étudier l'hétérogénéité spatiotemporelle des microenvironnements forestiers et les relier à la structure forestière. Deux méthodes de prédiction de l'intensité lumineuse reçue, la température ambiante et l'humidité relative à partir des données d'ALS ont été proposée. Elle permettent de décrire a diversité de ces variable dans un sous-bois tropical
This thesis is structured in three chapters. In the first one, aerial LiDAR scanning (ALS) data were combine to field measurement of the aboveground biomass to allow a quantification of it at the landscapes scale. Two successive ALS survey were used to quantify AGB stocks and their dynamics. In the second chapter the structure and dynamics of a liana-infested forest is studied. Permanent plot data, soil survey and seedling survey were combined to remote sensing (ALS and Landsat). Together, these data suggest the liana-infested forest to be in an arrested succession. In the third chapter ALS data were used to model light availability, temperature and relative humidity in forest understory. We show this data can be used to predict ecological relevant climatic variable at the landscape scale

Le rôle joué par les forêts tropicales dans le cycle du carbone à l'échelle planétaire est majeur. Tant par les énormes quantités stockées sous forme de bois, que par les flux de CO2 séquestrées annuellement dans les troncs et le sol. Plusieurs études mettent en évidence des changements structuraux au sein des forêts pantropicales durant les 20 dernières années, notamment une augmentation de la dynamique (recrutement et mortalité) (Lewis et al. 2004b; Phillips et al. 2004b) et de la biomasse aérienne ligneuse en forêt Amazonienne (Baker et al. 2004a). Ces changements de dynamique ont été mis en relation avec une disponibilité accrue en ressources auparavant limitantes (azote et CO2) et donc liés aux changements climatiques globaux. Cependant, les processus de régénération après perturbation dans un peuplement forestier génèrent, eux aussi, une réelle accumulation de biomasse. Des perturbations endogènes (chablis, glissements de terrains) ou exogènes (sécheresses, tempêtes ou actions anthropiques) pourraient être à l'origine de ces fluctuations de dynamique forestière. Sans une connaissance approfondie de l'état initial des forêts étudiées, il semble difficile de distinguer, localement, une accumulation de biomasse liée à un effet de régénération de celle liée à un forge climatique. La présente thèse cherche à investiguer s'il existe des stades de régénération au sein d'un même massif forestier, qui illustreraient différentes perturbations asynchrones. Ces stades sont déterminés sur la base de la structure forestière (densité, diamètre quadratique moyen) et au travers de l'architecture des arbres. Après avoir estimé les flux, stocks et bilans de biomasse sur le site d'étude, ceux-ci sont mis en relation avec des stades de régénération, pour montrer que les parcelles sont formées d'une majorité de stades en croissance et que cela engendre une accumulation nette de carbone durant la période de suivi (1991-2009)
As living trees constitute one of the major stocks of carbon in tropical forests, assessing the role of these ecosystems in the carbon cycle received an increasing scientific and political interest. A better understanding of variations in the dynamics and structure of tropical forests is necessary to predict the potential of these ecosystems to lose or store carbon, and to understand how they recover from disturbances. Recent findings showed an increase of the turn-over in pantropical forests (Phillips et al. 2004a) and an increase of above-ground biomass in neotropical forests (Baker et al. 2004a). These results were attributed to an increasing availability of abiotic ressources (CO2, nitrogen) enhancing forest dynamics. Nevertheless, these findings were controversial and some scientists pointed out statistical and methodological errors (Lewis et al. 2006a; Wright 2006).The present project is based on a very different point-of-view and makes a nother interpretation of these results. The main hypothesis of this study is that the observed changes in forest dynamics around the Amazonian basin and in French Guyana are the consequence of natural endogenous processes. Tropical forests are facing recurring disturbances of various intensities and scales, ranging from tree fall (several square meters) to major drought linked to El Niño events (thousands of hectares). Thus forests would never reach equilibrium, but would rather fluctuate between short periods of disturbance and long periods of regeneration. The main findings of this study are that forests at our site can be seen as a mosaic of areas at different structural and dynamical stages, most of them increasing in mean stem diameter and accumulating biomass. The overall biomass balance is a net biomass increase that might mainly be related to endogenous forest dynamic

Le Pacifique tropical ouest (120°E-160°W, 20°S-20°N) est une région complexe où coexistent deux écosystèmes aux frontières variables, et aux caractéristiques physiques et biologiques très différentes : la warm pool à l'ouest, écosystème oligotrophe limité par le nitrate, et la cold tongue à l'est, limitée par le fer. Nous utilisons les concentrations en chlorophylle SeaWiFS comme proxy pour la biomasse phytoplanctonique sur la période septembre 1997 à décembre 2004. Une analyse statistique nous permet de dégager les principaux modes spatiaux-temporels où se concentre la variabilité de la chlorophylle. Nous étudions ensuite successivement le cycle saisonnier, une manifestation de l'activité interannuelle et l'action des coups de vent d'ouest à l'échelle intrasaisonnière. Nous montrons ainsi que la variabilité des vents et des courants contrôle au premier ordre la biologie dans le Pacifique tropical ouest. Cette étude met également en lumière l'influence de la topographie sur la variabilité de la chlorophylle, bien au-delà des régions côtières.

L'extraction de la cellulose et de la lignine à partir de la biomasse végétale reste un enjeu majeur pour une production plus économique et verte de carburants et de sous-produits lignocellulosiques renouvelables. Bien que l'utilisation de mélanges de solvants ait donné des résultats remarquables dans les processus de fractionnement du bois, la plupart des méthodes actuellement utilisées reposent sur des protocoles empiriques. Comprendre les mécanismes physico-chimiques de la décomposition de la biomasse et ses interactions avec les solvants lors du fractionnement permettra d’améliorer l’efficacité de ces méthodes. Dans cette perspective, cette thèse porte sur la description systématique et détaillée des interactions entre les composantes de la lignocellulose et des mélanges binaires eau-solvant organique (éthanol ou acétonitrile). Nos résultats et leur analyse ont été obtenus principalement avec des simulations de dynamique moléculaire (MD) et étayés par des études supplémentaires basées sur la chimie quantique (théorie de la densité fonctionnelle) et la mécanique quantique (QM) et le schéma mixte mécanique quantique/mécanique classique (QM/MM). Avec ces outils, nous avons d’abord établi un comportement non linéaire des structures avec des solvants mixtes, de leurs propriétés thermodynamiques et de la dureté dynamique, en relation avec leur réactivité globale. L'analyse du nombre moyen de liaisons H avec la composition du liquide montre que les molécules d'alcool ont tendance à se substituer aux molécules d'eau, ce qui permet de compenser la perte de liaisons H dans les domaines solvatés par l'eau. Le rôle des groupements organiques dans les mélanges de solvants sur les changements de conformation induits dans les principaux composantes du bois (cellulose, lignine et hémicellulose) est mis en évidence et leur dépendance vis-à-vis de la composition en solvants distincts est dévoilée pour chaque solvant organique et sa concentration dans l’eau. Cette dépendance est expliquée par les interactions interatomiques préférentielles soluté-solvant en fonction des compositions en solvants. Par la suite, l’évolution des forces d’interaction dans les complexes de lignine-cellulose et de lignine-xylane s’avère également présenter des profils dépendant des solvants. Tout ceci conforte la conclusion générale selon laquelle les actions spécifiques des mélanges de solvants à base d’eau et de composés organiques sur les composantes de la lignocellulose sont des facteurs déterminants dans le comportement non linéaire macroscopique observé dans le gonflement du bois
Extraction of cellulose and lignin from plant biomass remains a major issue for enabling more economic and green production of lignocellulosic renewable fuels and byproducts. Although the use of multicomponent solvents has provided remarkable results in wood fractionation processes most of the currently used methods rely on empirically elaborated protocols. Understanding the physicochemical mechanisms of biomass breakdown and its interactions with solvent medium during fractionation will lead to more efficient use of biomass. This defined the focus in this thesis work on a systematic and detailed description of the interactions between ligoncellulose components with binary water-organic mixtures of ethanol and acetonitrile. Our results and their analysis were obtained predominantly with molecular dynamics (MD) simulations, and supported by additional studies of quantum chemical (Density Functional Theory) and mixed quantum mechanical (QM) and classical MD scheme (QM/MM). With these tools we first established a non-linear behavior of the mixed solvent structures, thermodynamic properties and dynamic hardness, as a measure for their global reactivity. The analysis of the average numbers of HBs with the liquid composition shows that alcohol molecules tend to substitute water molecules, allowing compensating for the loss of H-bonds in the water solvent domains. The role of organic component in water solvent mixtures on the conformational changes induced in the main wood components (cellulose, lignin and hemicellulose) is highlighted and their dependence on distinct solvent compositions is unveiled for each organic solvent component and its content in water. This dependence is explained by preferential solute-solvent interatomic interactions as a function of solvent compositions. Subsequently, the evolution of interaction forces in lignin-cellulose and lignin-xylan complexes are also found to have solvent-dependent profiles. All this supports the general conclusion about specific solvent actions on lignocellulose compounds being the driving factors in the observed macroscopic non-linear behavior in wood swelling in mixed water-organic solvents

La récolte de microalgues contribue pour une part non négligeable au coût total du procédé d’exploitation. Identifier et caractériser des procédés peu énergivores pour remplacer totalement ou partiellement le procédé de référence qu’est la centrifugation représente un enjeu majeur. Ce travail s’intéresse à la floculation naturelle et aux procédés membranaires. Il a montré que la floculation naturelle permettait, par précipitation de composés de phosphates de calcium ou de magnésium lors de la remontée naturelle du pH, de préconcentrer les cellules jusqu’à 30 gMS. L-1. Ce processus, relativement long, doit être maîtrisé en adaptant la composition ionique des milieux de culture (nitrate comme source d’azote, concentrations en ions Ca2+, PO4 3-, Mg2+). Cette solution ne semble envisageable que pour les souches microalgales marines dont les milieux sont riches en ces composés. Vu les concentrations modérées atteintes, cette floculation peut être considérée comme une technique de préconcentration qui nécessitera une étape supplémentaire de concentration. Le travail a également investigué les procédés membranaires monoétagés sans gestion des flux de perméation (rétrolavage, augmentation des taux de cisaillement…), qui ont permis de (pré)concentrer les cellules microalgales jusqu’à 100 gMS. L-1 avec des flux de perméation faibles (<30 L. H-1. M-2). L’emploi de la filtration dynamique, qui limite le colmatage, a autorisé l’obtention de flux de filtration plus élevés (40
Harvesting step in a global operating microalgae process whose contribute substantially to whole process cost. Identifying and characterizing low-energy processes to fully or partially replace centrifugation, the reference method, represents a major challenge. In this context, the present work investigates the potential of natural flocculation and membrane processes. So, it has been shown that the natural rise in the culture pH associated with photosynthesis allowed cells flocculation by the precipitation of calcium phosphate or magnesium compounds. Thus, the cells could be preconcentrated up to 30 gMS. L-1. This process is rather long and must be controlled by adjusting the ionic composition of the culture media (nitrate as the nitrogen source; concentrations in Ca2+, PO4 3-, Mg2+). Natural flocculation seems feasible only for marine microalgal strains for which culture media are rich in salts, but not for freshwater strains. As natural flocculation produces a low concentrated harvest, it should be considered as a preconcentration technique which will probably require an extra step of concentration for most of applications. One stage membrane processes without fouling control (backwashing, enhancing shear-rate. . . ) was also investigated. Microalgal cells were concentrated up to 100 gMS. L-1 but with low permeation flux (< 30 L. H-1. M-2). Enhanced dynamic filtration that limits strongly membrane fouling allowed to obtain higher filtration fluxes (40 < J < 80 L. H-1. M-2). The moderate flux fall with cells concentration is promising regarding the ability of this kind of filtration to reach high cell concentrations in a single step

Texte remanié de: Th. doct.--Sci. de l'environnement--Montpellier--ENGREF, 2001.
Mention parallèle de titre ou de responsabilité : Organic matter dynamics in mixed-farming systems of the West African savanna, a village case study from South Senegal. La couv. porte en plus : "environnement" Bibliogr. p. 209-235.

La capitalisation sur pied et la substitution d’essences sont deux stratégies sylvicoles analysées dans cette thèse, chacune pressentie pour être favorable au stockage du carbone, enjeu majeur de ce XXIème siècle pour la lutte contre le réchauffement climatique. La première correspond à un ralentissement des récoltes, qui devrait générer un puits de carbone additionnel par l’augmentation des stocks moyens de biomasse sur pied. La substitution d’essences à croissance lente comme le Chêne sessile ou le Hêtre par des essences résineuses à croissance rapide comme le Pin laricio ou le Douglas pourrait entraîner une absorption plus rapide du CO2. L’impact sur le carbone de ces deux stratégies est d’autant plus intéressant à étudier que les gestionnaires forestiers les pratiquent déjà. La construction d’une chaîne de modèles prenant en compte l’ensemble des compartiments dans lesquels le carbone est impliqué, à savoir la biomasse forestière, le sol, mais aussi les produits forestiers issus de l’exploitation, permet d’effectuer des simulations donnant des résultats quantitatifs sur ces pratiques. Nous montrons qu’une capitalisation sur pied engendrerait un puits de carbone additionnel dépendant de l’état initial des peuplements, de la fertilité et de la nouvelle sylviculture pratiquée. Il pourrait s’élever jusqu’à 142 tC/ha après obtention du régime permanent dans le cas le plus favorable. La substitution de feuillus à croissance lente par des résineux à croissance rapide serait également un puits de carbone important (jusqu’à 2 tC/ha/an) pendant plusieurs décennies, mais s’avérerait d’un stock de carbone moyen inférieur sur le long terme
Standing biomass capitalization and species substitution are two silvicultural strategies analyzed in this study. Both should lead to an additional increase of carbon stocks, a main issue of the XXIst century for mitigating the climate change. The first one corresponds to a slowing down of harvests that should generate an additional carbon sink by increasing the mean growing stocks. The second, substitution of slow-growing broadleaved high forests of sessile oak or beech by fast-growing coniferous plantations like Corsican Pine or Douglas Fir, should also lead to a faster absorption of CO2. The impact of both strategies on carbon is even worthier to study considering that foresters already use this way of managing their forests. The building up of a model chain taking into account all parts where carbon is implied (standing biomass, carbon soil, but also wood products generated by harvests) allowed us to simulate quantitative results following these practices. We point out that the standing biomass capitalization would lead to an increase of carbon stock depending on the initial state of the stands, the site index and the new forest management practiced. It could rise up to 142 tC/ha in the most favourable case. The substitution of slow-growing broadleaved species by coniferous plantations would also be an important carbon sink (up to 2 tC/ha/year) for several decades, but would have a smaller mean carbon stock at steady state

L’objectif principal de ce mémoire a été ciblé sur la compréhension des voies métaboliques et processus bactériens en bioréacteur à membranes (BAM), travaillant avec des ages de boues élevés, et sur leur possible action et influence sur la perméabilité membranaire. L’étude expérimentale a tout d’abord consistait à étudier voie métaboliques et processus bactériens en réacteur fermé afin d’accéder à des paramètres cinétiques et à des informations utiles à la gestion du BAM. L’étude en batch a montré l’importance du ratio S0/X0 (substrat/biomasse) sur les voies de métabolisation suivies par le substrat. Suivant la destination du substrat, synthèse cellulaire ou stockage de produits de réserve, les paramètres cinétiques en phase exogène et le comportement de la culture en phase endogène sont différents. Les essais en bioréacteur à membranes en fonctionnement continu ont été menés sans aucune extraction de biomasse, assurant ainsi des ages de boues élevés, et à partir d’un effluent synthétique à base d’acétate et de Viandox®. Les performances obtenues sont très satisfaisantes en terme de dépollution et de séparation. Un faible taux de conversion, 0. 058 gDCOP. GDCOT-1, a été obtenu et supposé associé à une intensification des processus de maintenance cellulaire, lyse de la biomasse et prédation. Dans l’objectif de favoriser spécifiquement ces processus, identifiés en réacteur fermé, les performances d’un BAM alimenté séquentiellement, mais dans des conditions de charge et age de boues identiques, ont été étudiées. Les performances ont été moins satisfaisantes en terme de dépollution et de filtration que pour le BAM en continu et un taux de conversion plus élevé, 0. 092 gDCOP. GDCOT-1, a été obtenu. La très forte charge volumique et le très fort ratio substrat/biomasse pendant la phase d’alimentation en substrat semblent favoriser une multiplication cellulaire et des processus particuliers (découplage métabolique, par exemple), non favorables à un abaissement du taux de conversion. Les hypothèses du comportement biologique ont été validées avec les modèles classiques de Pirt et ASM3. La modélisation du système montre une stabilisation de la concentration en biomasse active et une accumulation continue de matériels inertes (issus de la respiration endogène de la biomasse). L’intérêt de pouvoir estimer cette fraction de biomasse active, inférieure à 20% dans nos systèmes, est souligné
The aim of this memory is to provide a fundamental understanding of the metabolic ways and bacterial processes in submerged membranes bioreactors (MBR) operated at high solid retention times. The intensification of the membrane separation was studied as well. In a first experimental batch study, the role of the ratio S0/X0 (substrat/biomasse) was clarified. A cellular multiplication process is favoured at high ratios S0/X0 while a storage compound synthesis process is dominant at low ratios. The membranes bioreactors operation was carried on under continuous and sequencing feeds, with a synthetic effluent based on acetate and Viandox®. Comparatively, the performances of the MBR operated in continuous way were more satisfactory with respect to organic matter removal, sludge production and separation. The lower conversion yields substrate to biomass obtained, were associated to the intensification of maintenance cells functions, lysis process and predation activity. The modelling of the system, with the models of Pirt and ASM3, shows a stabilisation of the active biomass concentration and a constant inert materials accumulation (resulting from endogenous respiration). The interest of estimate this fraction of active biomass (lower than 20% in our operational conditions) is underlined. With regard to membrane separation, the biomass accumulated around the fibres seems not play a crucial role in the fouling process. The influence of the macromolecular compounds has been also studied