Dissertations / Theses on the topic 'Carbonate pump'

L’alcalinité de l’océan (Alk) est essentielle dans l’absorption de carbone atmosphérique et offre une capacité tampon contre l’acidification. Dans le cadre des prévisions de l’absorption de carbone par les océans et des impacts potentiels sur les écosystèmes, la représentation de l’Alk et du principal facteur de sa distribution dans l’océan profond, le cycle du carbonate de calcium (CaCO3), ont souvent été négligés. Cette thèse aborde le manque de considération accordé à l’Alk et au cycle du CaCO3 dans les modèles du système terrestre (ESM) et explore les implications pour le cycle du carbone dans un océan pré-industriel ainsi que dans des scénarios de changement climatique. À travers une intercomparaison des ESMs, une réduction des biais simulés de l’Alk dans la 6ème phase du Projet d’Intercomparaison de Modèles Couplés (CMIP6) est rapportée. Cette réduction peut s’expliquer partiellement par une calcification pélagique accrue, redistribuant l’Alk en surface et renforçant son gradient vertical dans la colonne d’eau. Une revue des modèles de biogéochimie marine utilisés dans les ESMs actuels révèle une représentation diverse du cycle du CaCO3 et des processus affectant l’Alk. Les schémas de paramétrisation de la production, de l’exportation, de la dissolution et de l’enfouissement du CaCO3 varient considérablement, avec une prise en compte généralement limitée à la seule calcite, et sans calcification benthique. Cette diversité entraîne des projections contrastées de l’export de carbone associé au CaCO3 depuis l’océan de surface vers l’océan profond dans les scénarios futurs. Cependant, des simulations de sensibilité effectuées avec le modèle de biogéochimie marine NEMO-PISCES indiquent que la rétroaction associée sur le flux de carbone anthropique et l’acidification des océans reste limitée. À travers un ensemble de simulations NEMO-PISCES, il est démontré qu’une attention particulière au bilan d’Alk est cruciale pour estimer le dégazage de carbone océanique pré-industriel dû aux apports fluviaux ainsi qu’à l’enfouissement de matière organique et de CaCO3. De telles estimations sont fondamentales pour évaluer le flux de carbone air-mer anthropique en utilisant des données d’observation, et mettent en évidence la nécessité de mieux contraindre le bilan d’Alk de l’océan. Enfin, fidèle au message qu’elle véhicule sur le changement climatique, cette thèse offre une perspective nouvelle et radicale sur les sciences du climat et le système de la recherche actuel
Ocean alkalinity (Alk) is critical for the uptake of atmospheric carbon and provides buffering capacity against acidification. Within the context of projections of ocean carbon uptake and potential ecosystem impacts, the representation of Alk and the main driver of its distribution in the ocean interior, the calcium carbonate (CaCO3) cycle, have often been overlooked. This thesis addresses the lack of consideration given to Alk and the CaCO3 cycle in Earth system models (ESMs) and explores the implications for the carbon cycle in a pre-industrial ocean as well as under climate change scenarios. Through an ESM intercomparison, a reduction in simulated Alk biases in the 6th phase of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6) is reported. This reduction can be partially explained by increased pelagic calcification, redistributing Alk at the surface and strengthening its vertical gradient in the water column. A review of the ocean biogeochemical models used in current ESMs reveals a diverse representation of the CaCO3 cycle and processes affecting Alk. Parameterization schemes for CaCO3 production, export, dissolution, and burial vary substantially, with no benthic calcification and generally only calcite considered. This diversity leads to contrasting projections of carbon export associated with CaCO3 from the surface ocean to the ocean interior in future scenarios. However, sensitivity simulations performed with the NEMO-PISCES ocean biogeochemical model indicate that the feedback of this on anthropogenic carbon fluxes and ocean acidification remains limited. Through an ensemble of NEMO-PISCES simulations, careful consideration of the Alk budget is shown to be critical to estimating pre-industrial ocean carbon outgassing due to riverine discharge and the burial of organic matter and CaCO3. Such estimates are fundamental to assessing anthropogenic air-sea carbon fluxes using observational data and highlight the need for greater constraints on the ocean Alk budget

L’objectif principal de cette thèse est de mieux comprendre les différents facteurs contrôlant la pompe biologique de carbone en Atlantique Nord et dans l’Océan Austral, à proximité des îles Kerguelen, en utilisant notamment deux approches: le Thorium-234 (234Th) et le baryum biogénique (Baxs).En Atlantique Nord, les flux d’export de carbone organique particulaire (POC) augmentent lorsqu’ils sont associés à des minéraux biogéniques (silice biogénique et carbonate de calcium) et lithogènes, capable de lester les particules. L’efficacité d’export, généralement plus faible que précédemment supposé (< 10%), est inversement corrélée à la production, soulignant un décalage temporel entre production et export. La plus forte efficacité de transfert, i.e. la fraction de POC atteignant 400m, est reliée à des particules lestées par du carbonate de calcium ou des minéraux lithogènes.Les flux de reminéralisation mésopélagique sont similaires ou parfois supérieurs aux flux d’exports et dépendent de l’intensité du développement phytoplanctonique, de la structure en taille, des communautés phytoplanctoniques et des processus physiques (advection verticale).Comme observé pour le POC, l’export des éléments traces est influencé par les particules lithogènes provenant des marges océaniques, mais aussi des différentes espèces phytoplanctoniques.Dans l’Océan Austral, la zone à proximité de l’île de Kerguelen est naturellement fertilisée en fer, augmentant les flux d’export de fer, d’azote et de silice biogénique. Il a été démontré que la variabilité des flux dépendait des communautés phytoplanctoniques dans la zone fertilisée
The main objective of this thesis is to improve our understanding of the different controls that affect the oceanic biological carbon pump. Particulate export and remineralization fluxes were investigated using the thorium-234 (234Th) and biogenic barium (Baxs) proxies.In the North Atlantic, the highest particulate organic carbon (POC) export fluxes were associated to biogenic (biogenic silica or calcium carbonate) and lithogenic minerals, ballasting the particles.Export efficiency was generally low (< 10%) and inversely related to primary production, highlighting a phase lag between production and export. The highest transfer efficiencies, i.e. the fraction of POC that reached 400m, were driven by sinking particles ballasted by calcite or lithogenic minerals.The regional variation of mesopelagic remineralization was attributed to changes in bloom intensity, phytoplankton cell size, community structure and physical forcing (downwelling). Carbon remineralization balanced, or even exceeded, POC export, highlighting the impact of mesopelagic remineralization on the biological pump with a near-zero, deep carbon sequestration for spring 2014.Export of trace metals appeared strongly influenced by lithogenic material advected from the margins. However, at open ocean stations not influenced by lithogenic matter, trace metal export rather depended on phytoplankton activity and biomass.A last part of this work focused on export of biogenic silica, particulate nitrogen and iron near the Kerguelen Island. This area is characterized by a natural iron-fertilization that increases export fluxes. Inside the fertilized area, flux variability is related to phytoplankton community composition

L’intégration des communications optiques sur puce offre de vastes promesses en termes de performances et de réduction de la puissance consommée, les canaux optiques ne souffrant pas des nombreuses limitations des canaux métalliques. De plus, l’information codée optiquement permet d’atteindre des débits de données élevés par le biais du multiplexage en longueur d’onde. Afin de conserver la compatibilité avec les composants électroniques, les communications et composants optiques doivent s’intégrer dans la filière silicium. Cependant, ce dernier matériau ne permet pas d’envisager la réalisation de certaines fonctions optiques, en particulier la source laser. D’autres matériaux doivent ainsi être intégrés pour suppléer au silicium. Mes travaux de thèse portent sur l’intégration de nanotubes de carbone sur plate-forme silicium pour la photonique. Dans ces travaux, le potentiel des nanotubes de carbone pour la réalisation de sources optiques intégrées est exploré. Dans un premier temps, je proposerai des pistes de compréhension de l’apparition du gain optique dans les nanotubes de carbone semiconducteurs par analyse des temps de vie des excitons, mesurés en spectroscopie pompe-sonde. Ces temps de vie sont sensiblement rallongés lorsque la centrifugation des nanotubes de carbone, au cours de l’extraction, est poussée à des vélocités et des temps plus longs. Une explication envisagée est la réduction du nombre de défauts à la surface des nanotubes, ces défauts se comportant comme des centres de recombinaison non-radiatifs. D’autre part, une méthode efficace d’intégration des nanotubes de carbone sur guide d’onde silicium a été proposée. Cette méthode robuste et permet d’observer le couplage de la photoluminescence des nanotubes de carbone avec le mode optique du guide d’onde. Afin d’obtenir une interaction exaltée entre mode optique et nanotube de carbone, le couplage entre les nanotubes et différentes cavités photoniques, incluant microdisques, cavités Fabry-Pérot et micro-résonateurs en anneau, a été étudié. L’emploi en particulier de résonateurs en anneau permet d’observer la structuration de la photoluminescence des nanotubes de carbone par les modes de résonance de l’anneau. Différentes configurations ont été étudiées afin de compléter la compréhension des mécanismes de couplage : micro-photoluminescence, photoluminescence guidée et photoluminescence intégrée
On-chip optical communication may increase drastically performances and consumption of communication systems. Indeed, optical channels do not face limitations that metallics interconnects do. Even better would be the achievable data rate due to the multiplexing possibility in optics. In order to keep compatibility with electronic devices, optical components and interconnects should be built in silicon. However, this material is not suitable for some optical function, such as laser sources. Thus, there is a need to integrate alternative materials to compensate for silicon weaknesses. My PhD work focuses on integration of carbon nanotube on silicon for photonics applications. In this work, potential use of carbon nanotube for light emission function is investigated. First, I will propose clue to understand the appearance of optical gain in semiconducting carbon nanotube. Such investigation is done by mean of pump-probe experiments, where the excitons lifetimes are measured. Those lifetimes slightly increase while centrifugation time and speed is increased, during the extraction process. A possible explanation is that defect-free carbon nanotubes are selected by the centrifugation process. In parallel, I worked on designing an efficient method to couple nanotubes photoluminescence with silicon waveguides. This method appears to be quite robust, and allows to observe coupling between the nanotube photoluminescence and the optical mode of the waveguide. In order to obtain a more intense interaction between the optical mode and carbon nanotubes, I investigated the coupling between carbon nanotubes and several photonic cavities, including microdisks, Fabry-Pérot cavities and ring resonators. Specifically, ring resonators allow to measure the photoluminescence of carbon nanotube structured by the resonant modes. Several configurations are studied to understand more in-depth the coupling mechanisms: micro-photoluminescence, guided photoluminescence and integrated photoluminescence

La matière organique dissoute (MOD) est l'un des plus grands réservoirs de carbone réduit sur terre, contenant à peu près la même quantité de carbone que le CO2 dans l'atmosphère. Les procaryotes hétérotrophes (PH, bactéries et archées) jouent un rôle clé dans le cycle de la MOD dans l'océan. Ils transforment environ la moitié du carbone fixé par les producteurs primaires pour produire de la biomasse et du CO2. Cependant, le rôle des PH en tant que source de MOD a reçu moins d'attention. Selon la pompe microbienne de carbone (PMC), les PH produisent de la MOD récalcitrante, c'est-à-dire des composés qui résistent à une reminéralisation et sont donc stockés dans l'océan pour des milliers d'années. Dans les systèmes oligotrophes, tels que la mer Méditerranée, la PMC devrait jouer un rôle majeur dans le piégeage du carbone. Les raisons ultimes de la production de cette MOD et les conditions qui la rendent réfractaire ne sont pas encore claires. Nous visant à comprendre les facteurs régissant la PMC, avec un accent particulier sur la dynamique de la MOD en Méd., un écosystème oligotrophe particulièrement limité en phosphore et très vulnérable au changement climatique. Nous répondons surtout à 3 questions : quel est l’effet de la limitation en P sur la quantité et la qualité de la MOD dérivée des PH (MOD-PH? La limitation en P affecte-t-elle la biodisponibilité de MOD-PH? Quelles sont les variations saisonnières de la composition et la biodisponibilité de la MOD en Méd. et quel est le rôle des PH dans cette variabilité ? Pour la 1ère question, des incubations ont été menées en utilisant des souches bactériennes seules et des communautés PH mixtes. Elles ont été réalisées dans de l'eau de mer artificielle avec une seule source de carbone (glucose) sous des concentrations de P contrastées, et la MOD-PH a été quantifiée et caractérisée à la phase de croissance stationnaire. Nous avons montré que la limitation en P n'affectait pas la quantité de la MOD-HP mais plutôt sa qualité, mesurée par spectroscopie de fluorescence (MODF), avec une prédominance de MODF de type humique sous limitation en P de et MODF de type protéique en absence de limitation. Cette MOD a ensuite été utilisée comme substrat pour des procaryotes naturels afin de tester sa biodisponibilité. On a observé que MOD-PH a favorisé une croissance significative dans tous les traitements, et aucune différence claire dans la labilité de la MOD-PH n'a été démontré à partir de la croissance des procaryotes. Mais les différentes qualités de MOD-PH ont sélectionné pour différents taxons indicateurs. Nos résultats soulignent que la labilité de la MOD dépend à la fois de sa qualité, déterminée par la disponibilité du P, et de la composition de la communauté. Pour voir si résultats observés en laboratoire pouvaient être traduits en observations sur le terrain, un échantillonnage a été conduit en Méd. de 2019 à 2021 pour suivre les changements temporels de la composition de la MOD, mesurée par spectrométrie de masse à résonance cyclotronique ionique à transformée de Fourier (FT-ICR MS) avec d'autres descripteurs de la MOD, des mesures microbiennes et environnementales. On a postulé que la qualité de la MOD de surface en Méd. passe de labiles à réfractaires pendant la période d'accumulation en été, et que les PH jouent un rôle majeur dans sa formation. Les indices de récalcitrance de la MOD ont augmenté en été, confirmant notre hypothèse. L’augmentation de diversité fonctionnelle chimique de la MOD suggère que la MOD résulte de l'interaction entre différents processus: la production primaire dissoute, l’activité des PH et la photodégradation qui diversifient la MOD la rendant récalcitrants. Dans l'ensemble, cette thèse rassemble des observations expérimentales et in situ de paramètres biogéochimiques et microbiens pour comprendre le rôle de la pompe à carbone microbienne dans le cycle de la MOD dans l'océan
Dissolved organic matter (DOM) is one of the largest reservoirs of reduced carbon on earth, containing roughly the same amount of carbon as CO2 in the atmosphere. Heterotrophic prokaryotes (HP, Bacteria and Archaea) play a key role in DOM cycling in the ocean. They process about half of the carbon fixed by primary producers, either to produce biomass or CO2. However, less attention has been paid to the role of HP as DOM source. The so-called microbial carbon pump (MCP) states that HP produce recalcitrant DOM, this is, compounds that resist further remineralization and are thus stored in the ocean for thousands of years. In oligotrophic ecosystems, such as the Mediterranean Sea, the MCP is predicted to play a major role in carbon sequestration. The ultimate reasons why this DOM is produced, and which are the conditions that make it refractory, remain unclear. Our objective is to understand the environmental factors driving the MCP, with a particular focus on DOM dynamics in Med Sea, an oligotrophic ecosystem particularly limited in phosphorus and highly vulnerable to climate change. We mainly answer 3 questions: Is the quantity and quality of HP-derived DOM (HP-DOM) dependent on P limitation? Does P limitation affect the bioavailability of HP-DOM?. How does DOM composition and bioavailability change seasonally in the Med Sea and what is the role of HP on this variability?To determine the effect of P limitation on HP-DOM, lab incubations were carried out using single bacterial strains and mixed HP communities. Incubations were done in artificial sea water with a single carbon source (glucose) under contrasting P concentrations, and HP-DOM was quantified and characterized at the stationary growth phase. Here, we showed that P limitation did not significantly affect the quantity of HP-DOM but it affected its quality, measured by fluorescence spectroscopy (FDOM), with a predominance of humic-like FDOM under P limitation but protein-like FDOM under P repletion. This HP-DOM was then used as a substrate for natural prokaryotes to test the bioavailability of the HP-DOM released under P repletion or P limitation (chapter II). These experiments demonstrated that HP-DOM promoted significant growth in all treatments, and no clear differences in HP-DOM lability were evidenced based on the prokaryotic growth. But HP-DOM supported the growth of diverse communities and P-driven differences in HP-DOM quality selected for different indicator taxa. Our findings emphasize that HP-DOM lability is dependent on both DOM quality, shaped by P availability, and the composition of the consumers community. To see if HP-DOM release patterns observed in the lab could be translated into field observations, sampling in the Med Sea was carried from 2019 to 2021 to follow temporal changes in DOM composition, measured by Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS) together with other DOM descriptors (DOC, FDOM, etc.), microbial and environmental measures. We hypothesized that DOM composition in the surface Med Sea changes from labile to refractory compounds during the summer accumulation period, and that HP might play a significant role in its formation. DOM recalcitrance proxies (aromaticity, unsaturation and molecular size) increased in summer; confirming our hypothesis of an increase in DOM recalcitrance in the mixed layer during stratification. DOM molecular and chemical functional diversity also increased, suggesting that the accumulated DOM in summer is likely the result of the interplay between different processes: dissolved primary production, prokaryotic processing and photobleaching that transform DOM into a highly diverse pool enriched in recalcitrant compounds. Overall, this thesis brings together experimental and in situ observations of biogeochemical and microbial parameters to understand the role of the microbial carbon pump in DOM cycling in the ocean

Le systeme a absorption pour le stockage de l'energie thermique que nous avons etudie utilise une reaction faisant intervenir le chlorure manganeux (mncl#2) et l'ammoniac (nh#3). Cette reaction est reversible et permet de stocker la chaleur dans un sens et de la restituer dans l'autre sens tandis que la condensation et la l'evaporation de l'ammoniac servant a stocker et restituer le froid. En premier lieu, nous avons montre que l'utilisation des fibres de carbone comme additif permet d'ameliorer la cinetique et le rendement energetique de la reaction etudiee. Nous avons en meme temps trouve deux methodes originales et efficaces pour lier intimement les fibres de carbone aux composes de reaction : l'insertion et l'impregnation de mncl#2 dans les fibres de carbone. Des methodes physico-chimiques nous ont permis d'obtenir les informations suivantes sur les reactifs : la chaleur specifique (par microcalorimetrie), la conductivite thermique (par la methode flash), le coefficient d'echange de chaleur, la porosite (par adsorption des gaz et porosimetrie au mercure) et la permeabilite aux gaz. En dernier lieu, nous avons mene une etude de modelisation des transferts thermiques et de la cinetique de reaction.

Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale par spectroscopie pompe-sonde femtoseconde des propriétés optiques hors-équilibre de solutions micellaires de nanotubes de carbone. Les propriétés des nanotubes de carbone sont profondément affectées par leur géométrie unidimensionnelle. Les interactions coulombiennes exaltées du fait du confinement quantique des électrons à une dimension donnent naissance à des excitons fortement liés. L'analyse des spectres d'absorption transitoire par la méthode des moments permet une étude des interactions entre excitons. La relaxation des excitons s'avère gouvernée par les collisions entre excitons, limitées par la diffusion à 1D dans le nanotube. La présence d'excitons dans une sousbande conduit à un décalage uniforme vers le bleu de l'ensemble des transitions excitoniques et à un élargissement de même ampleur. Ainsi, les interactions croisées entre excitons de sousbandes différentes sont de même amplitude qu'entre excitons de même sousbande, en accord avec une modélisation simple.Par ailleurs, les nanotubes sont constitués uniquement d'atomes de surface, ce qui leur confère une forte sensibilité à l'environnement. Cette sensibilité est mise à profit dans des composés hybrides où la fonctionnalisation non-covalente par des colorants ouvre une nouvelle voie d'excitation des nanotubes. Notre étude montre que le transfert d'énergie entre les colorants et les nanotubes permet une excitation monochromatique efficace et uniforme de l'ensemble des espèces de nanotubes. Une fois l'exciton transféré au nanotube, sa relaxation s'avère ensuite identique à celle observée dans les nanotubes nus
This thesis is devoted to the experimental study by femtosecond pump-probe spectroscopy of micellar solutions of carbon nanotubes. The properties of carbon nanotubes are greatly affected by their 1D geometry. Quantum confinement of electrons in 1D leads to enhanced coulomb interactions giving rise to strongly bound excitons. Many-body effects between excitons is investigated by the moment method analysis of the transient absorption spectra. The relaxation of excitons is controlled by diffusion-limited collisions between excitons. The presence of excitons in the lowest subband results in a broadening and an uniform blue-shift of the excitonic energy spectrum. Intra and intersubband interactions turn out to be of the same magnitude, in agreement with a simple mean field theory of excitonic interactions.Moreover, the one-layer structure of nanotubes results in strong interaction with the environment. We take advantage of the environmental sensitivity of nanotubes in hybrid compounds where the non-covalent functionalization with dyes opens a new extrinsic monochromatic excitation channel of the nanotubes through an efficient and ultrafast energy transfer between dyes and nanotubes. Once the exciton transferred to the nanotube, its relaxation is similar to the one observed in bare nanotubes

L'Océan est un acteur majeur du climat en échangeant avec l'atmosphère de grandes quantités de carbone. Le carbone atmosphérique est fixé à la surface de l’océan par le phytoplancton qui le transforme en carbone biogène, dont une partie est transportée vers l’océan profond par des mécanismes physiques et biologiques; il s’agit de la Pompe Biologique de Carbone (BCP). Une infime partie de ce carbone biogène atteindra des profondeurs suffisantes pour être séquestré durant plusieurs siècles avant qu'il ne retourne dans l'atmosphère, régulant les concentrations atmosphériques de CO2. Aujourd'hui, nous en savons assez sur la BCP pour reconnaitre son importance dans le climat, mais nos connaissances sur son fonctionnement sont limitées en raison d’un échantillonnage insuffisant des flux de carbone biogène. Dans ce travail de thèse, nous avons utilisé les flotteurs BioGéoChimique-Argo, plateformes d’observations conçues pour résoudre le problème du sous-échantillonnage, afin d’explorer un mécanisme majeur de la BCP qui est la pompe gravitationnelle. La pompe gravitationnelle est le transport du carbone biogène sous la forme de particules organiques (POC) qui sédimentent de la surface vers l’océan profond. Notre étude de la pompe gravitationnelle se divise en trois axes. Le premier axe consiste au développement d’une méthode pour détecter les floraisons de coccolithophoridés, groupe phytoplanctonique majeur qui a potentiellement un contrôle important sur le transport du POC en profondeur. Le deuxième axe est centré sur la variabilité saisonnière et régionale des flux de POC dans l’Océan Austral, qui est une zone sous-échantillonnée mais dans laquelle plusieurs flotteurs ont été déployés avec une trappe optique à sédiments (OST). Seuls une dizaine de flotteurs sont équipés d’OST, ce qui est faible en comparaison avec l’ensemble de la flotte BGC-Argo (i.e. plusieurs centaines de flotteurs). C’est pourquoi nous avons développé, dans le troisième axe, une méthode pour estimer le flux de POC avec les capteurs standards du programme BGC-Argo. Cette méthode a ensuite été appliquée à une centaine de flotteurs pour décrire la variabilité saisonnière du flux de POC dans de nombreuses régions océaniques. Dans ce travail de thèse, nous mettons également en évidence le lien entre la variabilité des flux et la nature des particules en surface. Par exemple, nous avons calculé des relations entre la composition de la communauté phytoplanctonique et les flux de POC à 1000m. En utilisant ces relations, nous avons ensuite utilisé les observations satellites pour extrapoler les flux de POC à de larges échelles spatiales, comme à l’ensemble de l’Océan Austral et de l’océan global
The ocean plays a key role in the climate by exchanging large quantities of carbon with the atmosphere. Atmospheric carbon is fixed at the ocean surface by phytoplankton that transforms it into biogenic carbon, part of which is transported to the deep ocean by physical and biological mechanisms; this is the Biological Carbon Pump (BCP). A tiny fraction of this biogenic carbon reaches sufficient depths to be sequestered for several centuries before it returns to the atmosphere, thus regulating concentrations of atmospheric CO2. Today, we know enough about the BCP to recognize its importance in climate, but our knowledge of its functioning is limited due to insufficient sampling of biogenic carbon fluxes. Here, we used BioGeoChimical-Argo floats, observational platforms designed to solve the undersampling problem, to explore a major mechanism of the BCP called the gravitational pump. The gravitational pump is the transport of biogenic carbon in the form of organic particles (POC) that sink from the surface into the deep ocean. Our study of the gravitational pump is divided into three axes. The first axis consisted of developing a method to detect blooms of coccolithophores, a major phytoplankton group that potentially has an important control on the transport of POC at depth. The second axis focused on the seasonal and regional variability of POC fluxes in the Southern Ocean, an undersampled area in which several floats have been deployed with an optical sediment trap (OST). Only ten floats were equipped with an OST, which is low compared to the whole BGC-Argo fleet (i.e. several hundred floats). Therefore, in the third axis, we developed a method to estimate the POC flux with the standard sensors of BGC-Argo floats. This method was then applied to hundreds of floats to describe the seasonal variability of the POC flux in many regions. In this study, we also highlighted the link between the POC flux and the nature of surface particles. For example, we calculated relationships between phytoplankton community composition and POC flux at 1000m. Using these relationships, we then used satellite observations to extrapolate POC flux to large spatial scales, such as the entire Southern Ocean and the global ocean

Ce travail de thèse porte sur la quantification de la diazotrophie et son influence sur les cycles biogéochimiques dans l'océan de surface Pacifique tropical sud-ouest, une région particulièrement sous-échantillonnée à ce jour. Les objectifs de ce travail étaient (1) de quantifier la fixation de N2 et identifier les principaux acteurs de la diazotrophie dans cette région, (2) d’évaluer l'influence de la fixation de N2 sur la production primaire et sur l'export de carbone, (3) d’identifier les voies de transfert de l’azote fixé dans la chaine trophique planctonique.Il a été mis en évidence que la région du Pacifique tropical sud-ouest était un hot spot de fixation de N2. A l'ouest, les eaux oligotrophes des archipels Mélanésiens présentaient des taux de fixation de N2 élevés et la communauté diazotrophe était dominée par Trichodesmium. A l'est, les eaux ultra-oligotrophes de la gyre du Pacifique sud présentaient des taux de fixation de N2 plus faibles et la communauté diazotrophe était dominée par les UCYN-B.Des bilans d'azote montrent que la fixation de N2 contribuait à plus de 90 % des apports d'azote nouveau dans la couche euphotique, et soutenait donc la quasi intégralité de la production primaire nouvelle. L'étude des voies de transfert de l'azote fixé montre qu’entre 7 et 15 % de la fixation de N2 totale était transféré vers les organismes non-diazotrophes.Ces travaux de thèse démontrent que la diazotrophie soutient la pompe biologique dans l'océan Pacifique tropical sud-ouest, et qu'elle peut jouer un rôle déterminant dans la structure des communautés planctoniques et les cycles biogéochimiques du carbone et de l'azote dans les régions oligotrophes
This PhD thesis focuses on the quantification of diazotrophy and its influence on biogeochemical cycles in the western tropical South Pacific Ocean, a critically under-sampled region so far. The aim of this work is to (1) quantify N2 fixation and identify the main contributors of diazotrophy in this region, (2) assess the influence of N2 fixation on primary production and carbon export, (3) identify transfer pathways of the fixed nitrogen in the planktonic food web.We have found that the western tropical South Pacific Ocean was a hotspot of N2 fixation. In the western part, the oligotrophic waters of the Melanesian archipelago presented high N2 fixation rates and diazotrophes were dominated by Trichodesmium. In the eastern part, the ultra-oligotrophic waters of the South Pacific gyre presented lower N2 fixation rates, and diazotrophs were dominated by UCYN-B.The nitrogen budgets show that N2 fixation contributed to more than 90 % of the of new nitrogen input in the photic layer. The study of the transfer pathways of the fixed nitrogen has shown that 7 to 15 % of total N2 fixation was transferred to non-diazotrophs.This PhD thesis indicates that diazotrophy sustains the biological pump in the western tropical South Pacific Ocean, and can have a critical influence in the planktonic community structure and in biogeochemical cycles of carbon and nitrogen in oligotrophic regions

La pompe à carbone biologique (PCB) joue un rôle central dans le cycle global du carbone océanique, en transportant le carbone de la surface vers les profondeurs et en le séquestrant pendant de longues périodes. Ce travail vise à analyser deux acteurs clés de la PCB : le zooplancton et les particules. Pour cela, nous utilisons les données d'imagerie in situ de l'Underwater Vision Profiler (UVP5) pour étudier deux axes principaux : 1) la distribution globale de la biomasse du zooplancton et 2) l'exportation de carbone dans le contexte d'une efflorescence printanière dans l'Atlantique Nord. À l'aide de l'UVP5 et de l'apprentissage automatique par le biais de modèles d'habitat utilisant des arbres de régression boostés, nous étudions la distribution mondiale de la biomasse du zooplancton et ses implications écologiques. Les résultats montrent des valeurs maximales de biomasse autour de 60°N et 55°S et des valeurs minimales au niveau des gyres océaniques, avec une biomasse globale dominée par les crustacés et les rhizaires. En utilisant des techniques d'apprentissage automatique sur des données globalement homogènes, cette étude fournit des informations sur la distribution de 19 grands groupes de zooplancton (1-50 mm de diamètre sphérique équivalent). Ce premier protocole permet d'estimer la biomasse du zooplancton et la composition de la communauté à l'échelle globale à partir d'observations d'imagerie in situ d'organismes individuels. Dans le contexte unique de la campagne EXPORTS 2021, nous analysons les données UVP5 obtenues par le déploiement de trois instruments dans un tourbillon à forte rétention. Après avoir regroupé les 1 720 914 images à l'aide de Morphocluster, un logiciel de classification semi-autonome, nous nous intéressons aux caractéristiques des particules marines, en étudiant leur morphologie à travers un cadre oblique qui suit un panache de particules entre la surface et 800 m. Les résultats montrent que, contrairement aux attentes, les agrégats deviennent de manière inattendue plus grands, plus denses, plus circulaires et plus complexes avec la profondeur. En revanche, l'évolution des pelottes fécales est plus hétérogène et façonnée par l'activité du zooplancton. Ces résultats remettent en question les attentes antérieures et appellent à une réévaluation de notre vision des agrégats et des pelottes fécales. Nous avons également étudié la dynamique des concentrations et des flux de carbone à l'aide d'un cadre 1D plus traditionnel dans lequel nous explorons les trois éléments clés de l'estimation des flux à partir d'imagerie in situ en comparant les estimations de l'UVP5 et des pièges à sédiments: la gamme de tailles couvertes, la vitesse de sédimentation et le contenu en carbone. Selon la littérature, les pièges à sédiments à flottabilité neutre (NBST) et les pièges attachés à la surface (STT) couvrent généralement une gamme de tailles allant de 10 µm à environ 2 mm. Dans notre étude, nous avons constaté qu'en élargissant la gamme de tailles de l'UVP5 à 10 µm et en la limitant à 2 mm, une comparaison plus consistante peut être faite entre le flux issu de l'UVP5 et celui des pièges à sédiments (obtenus par des collègues). Toutefois, il reste une contribution importante du flux au-dessus de ce seuil de taille qui nécessite une étude plus approfondie de ses implications par l'utilisation d'approches complémentaires telles que des pièges à sédiments avec des ouvertures plus grandes. Ce manuscrit ne fait pas seulement progresser nos connaissances, mais il aborde également des défis critiques dans l'estimation de la biomasse du zooplancton et de la dynamique des particules pendant les événements d'export. Les résultats de cette étude ouvrent de nouvelles voies pour la recherche future sur la PCB et approfondissent notre compréhension des écosystèmes marins
The biological carbon pump (BCP) plays a central role in the global ocean carbon cycle, transporting carbon from the surface to the deep ocean and sequestering it for long periods. This work aims to analyse two key players of the BCP: zooplankton and particles. To this end, we use in situ imaging data from the Underwater Vision Profiler (UVP5) to investigate two primary axes: 1) the global distribution of zooplankton biomass and 2) carbon export in the context of a North Atlantic spring bloom. Our objectives includes a quantification of global zooplankton biomass, enhancing our comprehension of the BCP via morphological analysis of particles, and assessing and comparing the gravitational flux of detrital particles during a the North Atlantic spring bloom using high-resolution UVP5 data. With the help of UVP5 imagery and machine learning through habitat models using boosted regression trees, we investigate the global distribution of zooplankton biomass and its ecological implications. The results show maximum zooplankton biomass values around 60°N and 55°S and minimum values within the oceanic gyres, with a global biomass dominated by crustaceans and rhizarians. By employing machine learning techniques on globally homogeneous data, this study provides taxonomical insights into the distribution of 19 large zooplankton groups (1-50 mm equivalent spherical diameter). This first protocol estimates global, spatially resolved zooplankton biomass and community composition from in situ imaging observations of individual organisms. In addition, within the unique context of the EXPORTS 2021 campaign, we analyse UVP5 data obtained by deploying three instruments in a highly retentive eddy. After clustering the 1,720,914 images using Morphocluster, a semi-autonomous classification software, we delve into the characteristics of the marine particles, studying their morphology through an oblique framework that follows a plume of detrital particles between the surface and 800 m depth. The results of the plume following approach show that, contrary to expectations, aggregates become unexpectedly larger, denser, more circular and more complex with depth. In contrast, the evolution of fecal pellets is more heterogeneous and shaped by zooplankton activity. Such results challenge previous expectations and may require a reassessment of our view of sinking aggregates and fecal pellets. We also studied concentration and carbon flux dynamics using a more traditional 1D framework where we explore the three key elements in flux estimation from in situ imaging data by comparing UVP5 and sediment trap flux estimates: size range covered, sinking rate and carbon content. According to the current literature, neutrally buoyant sediment traps (NBST) and surface-tethered traps (STT) usually cover a size range from 10 µm to approximately 2 mm. In our study, we have found that by expanding the UVP size range to 10 µm and limiting it to 2 mm, a more consistent comparison can be made between UVP5-generated flux and sediment trap fluxes (obtained by colleagues). However, it is worth noting that there remains a large flux contribution above this size threshold, necessitating further investigation of its implications through the use of complementary approaches such as the use of sediment traps with larger openings. This manuscript not only advances our knowledge, but also addresses critical challenges in estimating zooplankton biomass and particle dynamics during export events. The findings of this study open up new avenues for future research on the biological carbon pump and deepen our understanding of marine ecosystems

Les foraminifères planctoniques vivants (LPF) contribuent à la pompe biologique du carbone océanique en générant des flux de Corg (cytoplasme) et de Cinorg (test calcaire). Dans cette étude, la morphométrie des tests, les abondances et les compositions spécifiques des assemblages de LPF dans l'océan Indien Sud (30°S-60°S, 50°E-80°E), ont été caractérisées à partir de la collecte par filet à plancton stratifié (Multinet) sur 19 stations échantillonnées pendant trois étés consécutifs (2012- 2014). En démontrant l'efficacité d'échantillonnage du Continuous Plankton Recorder pour spatialiser les données observées en 19 stations, l’étude de la dynamique de population des LPF montre l'effet de la position des fronts sur la production des LPF. Pour mieux contraindre l'impact des LPF dans la pompe biologique du carbone des hautes latitudes, la biomasse protéique et la masse calcique de plus de 2000 foraminifères ont été mesurées. Les différences de biomasse protéique et de poids normalisé par la taille entre années, espèces et masses d'eau suggèrent que les paramètres environnementaux affectent la production de Corg et de Cinorg des LPF. Le rôle des LPF sur la pompe biologique de carbone marin dépend des conditions hydrologiques et trophiques du milieu. Le rapport Corg/Cinorg est très différent selon les espèces considérées. L'applicabilité des tests de foraminifères planctoniques comme proxy de paléopompe du carbone dans les hautes latitudes dépendrait donc de l'effet exercé par les variations des conditions écologiques, et de la composition de l’assemblage. Cette étude propose une première estimation des budgets Corg et Cinorg produits par les LPF dans l’Océan Indien Austral
Planktonic foraminifera contribute to the marine biological carbon pump by generating organic (cytoplasm) and inorganic (shell) carbon fluxes. In this study, we characterized LPF total abundances, assemblages and test morphometry (minimum diameter) along 19 stations sampled by stratified plankton net (Multinet), during three consecutive austral summers (2012-2014) in the Southern Indian Ocean (30°S-60°S, 50°E-80°E). By demonstrating the efficiency of CPR for LPF sampling, we analysed population dynamic between 19 multinet sampling stations, showing the effect of frontal position on LPF production. To better constrain the impact of those organisms in the biological carbon pump at high latitudes, we have quantified the individual protein-biomass and test calcite mass of more than 2000 LPF. Differences in size-normalized protein-biomass and in size-normalized weight between years, species, and water bodies suggest that environmental parameters affect the production of planktonic foraminifera organic and inorganic carbon to varying degrees. Consequently, planktonic foraminifera are assumed to affect the biological carbon pump, depending on ecological conditions and biological prerequisites. The applicability of planktonic foraminifera tests as proxy of the past biological carbon pump in high latitudes would hence critically depend on the effect exerted by changing in ecological conditions, and the presence of different species. This study proposes a first estimation of planktonic foraminifera Corg and Cinorg standing stock and fluxes in the Southern Indian Ocean

Les cycles océaniques du carbone et des principaux nutriments sont mal connus car ils sont affectés par de nombreux puits et sources physiques, chimiques ou biologiques difficiles à estimer par des mesures directes. Une manière de mieux contraindre ces processus importants est d’utiliser l’information contenue dans des traceurs plus simples : les proxies. Le radium 228 (228Ra), émis par les plateaux continentaux, est utilisé comme proxy des flux d’eau et d’éléments minéraux de la côte vers l’océan ouvert. Il permet en particulier d’estimer les flux d’eau souterraine ou SGDs (Submarine Groundwater Discharge). Le thorium 234(234Th), insoluble, permet quant à lui de contraindre la dynamique des particules par lesquelles il est adsorbé. Il est régulièrement utilisé pour estimer la pompe biologique du carbone (PBC), c’est-à-dire le flux de carbone de la surface vers l’océan profond.Au cours de cette thèse, un modèle numérique à une résolution de 2° a été construit pour chacun de ces deux radio-isotopes, en s’appuyant sur la circulation du modèle NEMO-OPA et les champs de particules du modèle PISCES. Plusieurs paramètres inconnus des modèles ont été contraints par des observations dans le cadre d’une méthode inverse.La modélisation inverse du 228Ra a permis d’estimer les flux de 228Ra venant de 38 régions côtières. En revanche, l’estimation des SGDs est imprécise, car les SGDs sont difficiles à distinguer d’une autre source de 228Ra: la diffusion par les sédiments.La modélisation inverse du 234Th a permis d’estimer les coefficients de partage du 234Th, qui représentent l’affinité de différents types de particules pour cet isotope. Elle a aussi permis d’estimer les erreurs associées à quelques simplifications courantes dans les études de la PBC fondées sur le 234Th
The oceanic cycles of carbon and the main nutrients are poorly known since they are affected by many physical, chemical or biological sources and sinks that are difficult to estimate by direct measurements.One way to better constrain these important processes is to use the information contained in more simple tracers called "proxies". As radium 228 (228Ra) flows from the continental shelves, it is used as a proxy of water and mineral elements fluxes from the coast to the open ocean. In particular, it is often used to estimate the SGD (Submarine Groundwater Discharge). For its part, thorium 234 (234Th), an insoluble radio-isotope, is used to constrain the dynamics of the solid particles onto which it is adsorbed. The carbon flux from the surface to the deep ocean, called "biological carbon pump" (BCP), is often estimated by a 234Th-based method.During this PhD, a numerical model with a resolution of 2°, based on the circulation of the NEMO-OPA model and the particle fields of the PISCES model, was built for each of the two radioisotopes.Several unknown model parameters were constrained by observations using an inverse technique.The inverse modeling of 228Ra was used to constrain 228Ra fluxes from 38 coastal regions.However, the SGD fluxes are poorly constrained by this method, because SGD can be confused with another source of 228Ra: diffusion from sediments.The inverse modeling of 234Th produced estimates of partition coefficients, representing the affinity of different particle types for this isotope. It was also used to estimate the errors associated with some common simplifications made in 234Th-based BCP studies

Ce travail analyse la formation d'états liés par interaction coulombienne d'excitons dans un ensemble de nanotubes de carbone de chiralité (6,5) en solution. Sous l'action d'une impulsion laser de forte intensité, une grande densité d'excitons est formée dans le nanotube et conduit à la formation d'état de trion et de biexciton. Les mécanismes physiques responsables de la photogénération de ces états ont été analysés dans le cadre de cette thèse. Ces travaux sont effectués à l'aide d'une expérience pompe-sonde dans laquelle le faisceau sonde est un continuum de lumière blanche permettant ainsi l'observation simultanée des états d'exciton, de trion et de biexciton. Cela conduit à l'obtention des énergies de liaison des différentes contributions excitoniques. En outre la dynamique de ces états excitoniques a aussi pu être obtenue avec une résolution temporelle de l'ordre de la centaine de femtosecondes.

Le terme plancton désigne l'ensemble des organismes dérivant au grès des courants marins. On distingue le plancton végétal et principalement photosynthétique, "le phytoplancton", du plancton animal hétérotrophe, "le zooplancton". Au cours des dernières décennies, de nombreuses études ont documenté une croissance de l'abondance et de la distribution spatiale du zooplancton gélatineux à travers diverses régions. Même si le terme "gélification" des océans doit être utilisé avec beaucoup de précaution, des régions comme la mer Méditerranée montre une constante augmentation des méduses au cours de ces 40 dernières années. L'espèce Pelagia noctiluca (Forsskål, 1775) est considérée comme étant la méduse la plus abondante du bassin méditerranéen depuis les années 70. Du fait de leur présence massive dans cette région, il est primordial d'évaluer précisément l'impact de P. noctiluca à la fois sur les cycles biogéochimiques et sur la structuration des écosystèmes pélagiques. Pour cela, les deux processus majeurs de transfert de matière dans l'écosystème doivent être étudiés : la séquestration de carbone via la pompe biologique et le transfert de carbon au travers des réseaux trophiques. Cette thèse s'articule autour de trois axes majeurs: (i) réaliser un premier bilan de l'export de carbone organique particulaire (POCtotal) et dissous (DOC) en mer Méditerranée, (ii) construire un modèle écophysiologique de P. noctiluca pour déterminer la contribution de cette méduse à la pompe biologique, et (iii) évaluer le niveau trophique de P. noctiluca et son potentiel impact sur les niveaux trophiques inférieurs
The term “plankton” refers to all the organisms drifting in the water following the currents. Commonly, the vegetable autotrophic and mainly photosynthetic, “phytoplankton” is distinguished from the heterotrophic and animal “zooplankton”. In the last decades, many studies reported an increase in the abundances and spatial distributions of gelatinous zooplankton in many oceans. Even if the concept of “jellyfication of the oceans” needs to be used with caution, jellyfish populations show an increase in Mediterranean Sea over the last 40 years. The species Pelagia noctiluca (Forsskål, 1775) is considered as the most abundant jellyfish in the Mediterranean basin since the 70s. Due to its massive presence in this area, it is essential to evaluate precisely the impact of P. noctiluca on both biogeochemical cycles and pelagic ecosystem structure. Thus, the contribution of P. noctiluca to the two main factors regulating the biological carbon transfer in the oceans: carbon sequestration via the biological carbon pump and carbon transfer through trophic networks. This manuscript is divided in 3 main sections : (i) providing an initial budget of the particulate (POCtotal) and dissolved organic carbon (DOC) in the Mediterranean sea, (ii) building an ecophysiological model of P. noctiluca to estimate its contribution to the biological carbon pump, and (iii) assessing the trophic level of P. noctiluca and its potential impact on lower trophic levels

La pompe à carbone biologique comprend la production primaire de matière organique dans la zone euphotique, son export vers les profondeurs et sa reminéralisation. Les acteurs les plus fréquemment cités sont les diatomées en raison de leur contribution à la production primaire et à l’export de carbone et les copépodes pour la production de pelotes fécales. Cependant, la pompe biologique est le résultat d'interactions complexes entre organismes plutôt que de leurs actions indépendantes. En outre, bien qu'il ait été montré que la distribution de taille et la composition minérale du phytoplancton en surface ont une influence significative sur l'intensité de l'export de carbone, on ne sait pas si les données méta-omiques peuvent prédire efficacement les processus de la pompe à carbone biologique. Dans cette thèse, je propose d’abord de revisiter l’étude de la pompe à carbone biologique dans l’océan oligotrophe en définissant des états biogéochimiques de l’océan sur la base de la contribution relative de la production primaire, de l’export de carbone et de l’atténuation du flux dans les stations d’échantillonnage Tara Océans. L'analyse des états en termes de composition et d'interactions microbiennes inférées à partir de données de métabarcoding a révélé que les associations plutôt que la composition microbienne semblent caractériser les états de la pompe à carbone biologique. Ensuite, en utilisant les données méta-omiques et environnementales des expéditions Tara Oceans, je propose pour la première fois de prédire ces états biogéochimiques à partir d'abondances biologiques dérivées d'ADN environnemental, dans l'objectif de fournir une liste de biomarqueurs
The biological carbon pump encompasses a series of processes including the primary production of organic matter in the surface ocean, its export to deeper waters and its remineralization. The common highlighted actors are diatoms because of their contribution to primary production and carbon export and copepods for their production of fecal pellets. However, the biological pump is the result of complex interactions among organisms rather than their independent actions. Besides, although size distribution and mineral composition of phytoplankton in surface was shown to significantly influence the strength of carbon export, it is unknown whether meta-omic data can efficiently predict the processes of the biological carbon pump. In this thesis, I first propose to revisit the study of the biological carbon pump in the oligotrophic ocean by defining biogeochemical states of the ocean based on the relative contribution of primary production, carbon export and flux attenuation in Tara Oceans sampling stations. The analysis of the states in terms of microbial composition and interactions inferred from metabarcoding data revealed that variation in associations rather than lineages presence seems to drive the states of the biological carbon pump. Then, by using meta-omics and environmental parameters from the Tara Oceans expeditions, I propose the first study trying to predict biogeochemical states from biological abundances derived from environmental DNA, with the goal of providing a list of biomarkers

The Southern Ocean (ca. 20% of the world ocean surface) is a key place for the regulation of Earth climate thanks to its capacity to absorb atmospheric carbon dioxide (CO2) by physico-chemical and biological mechanisms. The biological carbon pump is a major pathway of absorption of CO2 through which the CO2 incorporated into autotrophic microorganisms in surface waters is transferred to deep waters. This process is influenced by the extent of the primary production and by the intensity of the remineralization of organic matter along the water column. So, the annual cycle of sea ice, through its in situ production and remineralization processes but also, through the release of microorganisms, organic and inorganic nutrients (in particular iron)into the ocean has an impact on the carbon cycle of the Southern Ocean, notably by promoting the initiation of phytoplanktonic blooms at time of ice melting.

The present work focussed on the distribution of organic matter (OM) and its interactions with the microbial network (algae, bacteria and protozoa) in sea ice and ocean, with a special attention to the factors which regulate the biological carbon pump of the Southern Ocean. This thesis gathers data collected from a) late winter to summer in the Western Pacific sector, Western Weddell Sea and Bellingshausen Sea during three sea ice cruises ARISE, ISPOL-drifting station and SIMBA-drifting station and b) summer in the Sub-Antarctic and Polar Front Zone during the oceanographic cruise SAZ-Sense.

The sea ice covers were typical of first-year pack ice with thickness ranging between 0.3 and 1.2 m, and composed of granular and columnar ice. Sea ice temperature ranging between -8.9°C and -0.4°C, brines volume ranging between 2.9 to 28.2% and brines salinity from 10 to >100 were observed. These extreme physicochemical factors experienced by the microorganisms trapped into the semi-solid sea ice matrix therefore constitute an extreme change as compared to the open ocean. Sea ice algae were mainly composed of diatoms but autotrophic flagellates (such as dinoflagellates or Phaeocystis sp.) were also typically found in surface ice layers. Maximal algal biomass was usually observed in the bottom ice layers except during SIMBA where the maxima was localised in the top ice layers likely because of the snow and ice thickness which limit the light available in the ice cover. During early spring, the algal growth was controlled by the space availability (i.e. brine volume) while in spring/summer (ISPOL, SIMBA) the major nutrients availability inside sea ice may have controlled algal growth. At all seasons, high concentrations of dissolved and particulate organic matter were measured in sea ice as compared to the water column. Dissolved monomers (saccharides and amino acids) were accumulated in sea ice, in particular in winter. During spring and summer, polysaccharides constitute the main fraction of the dissolved saccharides pool. High concentrations of transparent exopolymeric particles (TEP), mainly constituted with saccharides, were present and their gel properties greatly influence the internal habitat of sea ice, by retaining the nutrients and by preventing the protozoa grazing pressure, inducing therefore an algal accumulation. The composition as well as the vertical distribution of OM in sea ice was linked to sea ice algae.

Besides, the distribution of microorganisms and organic compounds in the sea ice was also greatly influenced by the thermodynamics of the sea ice cover, as evidenced during a melting period for ISPOL and during a floodfreeze cycle for SIMBA. The bacteria distribution in the sea ice was not correlated with those of algae and organic matter. Indeed, the utilization of the accumulated organic matter by bacteria seemed to be limited by an external factor such as temperature, salinity or toxins rather than by the nature of the organic substrates, which are partly composed of labile monomeric saccharides. Thus the disconnection of the microbial loop leading to the OM accumulation was highlighted in sea ice.

In addition the biofilm formed by TEP was also involved in the retention of cells and other compounds(DOM, POM, and inorganic nutrients such as phosphate and iron) to the brine channels walls and thus in the timing of release of ice constituents when ice melts. The sequence of release in marginal ice zone, as studied in a microcosm experiments realized in controlled and trace-metal clean conditions, was likely favourable to the development of blooms in the marginal ice zone. Moreover microorganisms derived from sea ice (mainly <10 µm) seems able to thrive and grow in the water column as also the supply of organic nutrients and Fe seems to benefit to the pelagic microbial community.

Finally, the influence of the remineralization of organic matter by heterotrophic bacterioplankton on carbon export and biological carbon pump efficiency was investigated in the epipelagic (0-100 m) and mesopelagic(100-700 m) zones during the summer in the sub-Antarctic and Polar Front zones (SAZ and PFZ) of the Australian sector (Southern Ocean). Opposite to sea ice, bacterial biomass and activities followed Chl a and organic matter distributions. Bacterial abundance, biomass and activities drastically decreased below depths of 100-200 m. Nevertheless, depth-integrated rates through the thickness of the different water masses showed that the mesopelagic contribution of bacteria represents a non-negligible fraction, in particular in a diatom-dominated system./

L’océan Antarctique (± 20% de la surface totale des océans) est un endroit essentiel pour la régulation du climat de notre planète grâce à sa capacité d’absorber le dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique par des mécanismes physico-chimique et biologique. La pompe biologique à carbone est un processus majeur de fixation de CO2 par les organismes autotrophes à la surface de l’océan et de transfert de carbone organique vers le fond de l’océan. Ce processus est influencé par l’importance de la production primaire ainsi que par l’intensité de la reminéralisation de la matière organique dans la colonne d’eau. Ainsi, le cycle annuel de la glace via sa production/reminéralisation in situ mais aussi via l’ensemencement de l’océan avec des microorganismes et des nutriments organiques et inorganiques (en particulier le fer) a un impact sur le cycle du carbone dans l’Océan Antarctique, notamment en favorisant l’initiation d’efflorescences phytoplanctoniques dans la zone marginale de glace.

Plus précisément, nous avons étudié les interactions entre le réseau microbien (algues, bactéries et protozoaires) et la matière organique dans le but d’évaluer leurs impacts potentiels sur la pompe biologique de carbone dans l’Océan Austral. Deux écosystèmes différents ont été étudiés :la glace de mer et le milieu océanique grâce à des échantillons prélevés lors des campagnes de glace ARISE, ISPOL et SIMBA et lors de la campagne océanographique SAZ-Sense, couvrant une période allant de la fin de l’hiver à l’été.

La glace de mer est un environnement très particulier dans lequel les microorganismes planctoniques se trouvent piégés lors de la formation de la banquise et dans lesquels ils subissent des conditions extrêmes de température et de salinité, notamment. Les banquises en océan ouvert étudiées (0,3 à 1,2 m d’épaisseur, températures de -8.9°C à -0.4°C, volumes relatifs de saumure de 2.9 à 28.2% et salinités de saumures entre 10 et jusque >100) étaient composées de glace columnaire et granulaire. Les algues de glace étaient principalement des diatomées mais des flagellés autotrophes (tels que des dinoflagellés ou Phaeocystis sp.) ont été typiquement observés dans les couches de glace de surface. Les biomasses algales maximales se trouvaient généralement dans la couche de glace de fond sauf à SIMBA où les maxima se trouvaient en surface, probablement en raison de l’épaisseur des couches de neige et de glace, limitant la lumière disponible dans la colonne de glace. Au début du printemps, la croissance algale était contrôlée par l’espace disponible (càd le volume des saumures) tandis qu’au printemps/été, la disponibilité en nutriments majeurs a pu la contrôler. A toutes les saisons, des concentrations élevées en matière organique (MO) dissoute et particulaire on été mesurées dans la glace de mer par rapport à l’océan. Des monomères dissous (sucres et acides aminés) étaient accumulés dans la glace, surtout en hiver. Au printemps et été, les polysaccharides dissous dominaient le réservoir de sucres. La MO était présente sous forme de TEP qui par leurs propriétés de gel modifie l’habitat interne de la glace. Ce biofilm retient les nutriments et gêne le mouvement des microorganismes. La composition et la distribution de la MO dans la glace étaient en partie reliées aux algues de glace. De plus, la thermodynamique de la couverture de glace peut contrôler la distribution des microorganismes et de la MO, comme observé lors de la fonte de la glace à ISPOL et lors du refroidissement de la banquise à SIMBA. La distribution des bactéries n’est pas corrélée avec celle des algues et de la MO dans la glace. En effet, la consommation de la MO par les bactéries semble être limitée non pas par la nature chimique des substrats mais par un facteur extérieur affectant le métabolisme bactérien tel que la température, la salinité ou une toxine. Le dysfonctionnement de la boucle microbienne menant à l’accumulation de la MO dans la glace a donc été mis en évidence dans nos échantillons.

De plus, le biofilm formé par les TEP est aussi impliquée dans l’attachement des cellules et autres composés aux parois des canaux de saumure et donc dans la séquence de largage lors de la fonte. Cette séquence semble propice au développement d’efflorescences phytoplanctoniques dans la zone marginale de glace. Les microorganismes originaires de la glace (surtout ceux de taille < 10 μm) semblent capables de croître dans la colonne d’eau et l’apport en nutriments organiques et inorganiques apparaît favorable à la croissance des microorganismes pélagiques.

Enfin, l’influence des activités hétérotrophes sur l’export de carbone et l’efficacité de la pompe biologique à carbone a été évaluée dans la couche de surface (0-100 m) et mésopélagique (100-700 m) de l’océan. Au contraire de la glace, les biomasses et activités bactériennes suivaient les distributions de la chlorophyll a et de la MO. Elles diminuent fortement en dessous de 100-200 m, néanmoins les valeurs intégrées sur la hauteur de la colonne d’eau indiquent que la reminéralisation de la MO par les bactéries dans la zone mésopélagique est loin d’être négligeable, spécialement dans une région dominée par les diatomées.

Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique
info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les régions polaires sont particulièrement touchées par les changements climatiques, ce qui a profondes conséquences sur le développement du phytoplancton et le fonctionnement de la pompe biologique. La structure des communautés planctoniques et les propriétés spécifiques aux espèces influencent l'export de la matière organique et biominérale. Cette thèse a pour but (1) de déterminer les facteurs contrôlant la structure et le développement des communautés de diatomées dans les régions polaires, (2) d'évaluer l'influence de la diversité des espèces sur la composition de la matière particulaire, et (3) de comprendre les modes de mortalité et d'export des diatomées dans l'océan profond. Ces travaux reposent sur l'étude de deux régions subpolaires situées aux antipodes : (1) la baie de Baffin en Arctique, et (2) la région des Kerguelen dans l'océan Austral. Dans la baie de Baffin, nous avons mis en évidence une succession des communautés de diatomées en lien avec la fonte de la banquise et le gradient des masses d'eau. Dans la région des Kerguelen, nous avons confirmé le rôle du fer avec l'identification de deux communautés distinctes situées de part et d'autre du plateau. Dans la zone HNLC, les diatomées sont davantage silicifiées, ce qui conduit à une augmentation des rapports BSi:POC des diatomées et de la matière particulaire. Nous avons montré que près de 93 % des particules >20 μm des couches intermédiaires (125-500 m) et profondes (>500 m) sont des cellules individuelles de diatomées—les pelotes fécales et les agrégats ne représentant que 2 % des particules—ce qui montre l'importance des petites particules dans les flux d'export
Polar regions are particularly affected by the ongoing climate changes which have profound consequences on the development of phytoplankton and on the functioning of the biological pump. Plankton community structure and species-specific properties can strongly influence the export of organic matter and biomineral. The objectives of this PhD are (1) to identify the factors controlling the development and the structure of diatom communities, (2) to assess the influence of species diversity on the composition of particulate matter, and (3) to understand diatom mortality and export modes in the deep ocean. This work is based on the study of two subpolar regions: (1) the Baffin Bay in the Arctic, and (2) the Kerguelen region in the Southern Ocean. In Baffin Bay, we highlight a diatom community succession in relation with sea ice melting and the strong west-to-east water masses gradient prevailing in the bay. In the Kerguelen region, we confirm that iron is a key parameter controlling diatom community structure since we identified two distinct communities located either above the Fe-fertilized plateau or in adjacent HNLC waters. In the HNLC area, diatoms were more heavily silicified, resulting in higher Si:C elemental ratios in diatoms as well as in the bulk particulate matter. We show that 93 % of the intermediate (125-500 m) and deep (>500 m) particle stocks were single diatom cells — fecal pellets and aggregates represented less than 2% of the collected particles — providing new evidences of the importance of small particles for export fluxes

Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet SIMED fédérant les activités de modélisation à l'échelle méditerranéenne, et plus globalement dans le programme MERMEX qui vise à étudier les cycles biogéochimiques en mer Méditerranée et leurs évolutions futures. L'étape préliminaire a été de coupler la plateforme de modélisation hydrodynamique (NEMO) à celle de modélisation biogéochimique mécaniste (Eco3M), afin de réaliser une simulation (2000-2012) utilisant les sorties hydrodynamiques de la configuration NEMO-MED12 pour forcer le modèle biogéochimique Eco3M-MED. Les nombreuses comparaisons menées dans cette thèse (chlorophylle, sels nutritifs, production primaire, etc.) ont aidé à s'assurer de la capacité du modèle à reproduire les principales caractéristiques biogéochimiques de la Méditerranée. Ce travail a permis de généraliser le rôle majeur joué par le carbone organique dissous dans la pompe biologique à l'échelle de la mer Méditerranée. Les résultats montrent que la production de carbone organique particulaire est restreinte aux régions de forte dynamique physique, tandis que l'accumulation de carbone organique dissous dans les eaux de surface est commune à la plupart des régions du bassin. Ce dernier processus s'est avéré dépendant des contenus cellulaires du phytoplancton et des bactéries hétérotrophes. Finalement d'après le modèle, la fraction dissoute du carbone organique contribuerait à hauteur d'environ 64 % à l'exportation dans le bassin Ouest, et de 90 % dans le bassin Est. Le bassin Est -en dépit de sa plus forte oligotrophie- s'avère participer à près de 60 % à l'exportation de carbone organique en mer Méditerranée
This work is part of the SIMED project which is dedicated to basin-scale modeling of the Mediterranean Sea. It also belongs to the MERMEX program which aims at studying biogeochemical cycles in the Mediterranean Sea and their evolution. The first step of this work was to couple the hydrodynamic modeling platform (NEMO) to the mechanistic biogeochemical modeling platform (Eco3M). We ran a simulation (2000-2012) using the hydrodynamic outputs from NEMO-MED12 configuration to force the biogeochamical model Eco3M-MED. The model evaluation was conducted using numerous field measurements (chlorophyll, nutrients, primary production, etc.). The simulation strengthens and extends to the whole basin the prominent role of dissolved organic carbon in the biological carbon pump in the whole Mediterranean Sea. A comprehensive analysis of organic carbon (particulate and dissolved) production processes production was performed. Results reveal that particulate organic carbon production is restricted to the highly dynamic areas, whereas dissolved organic carbon accumulation in the surface layers is a common process in much areas of the basin. This latter process appeared to dependant on the cellular contents of phytoplancton and heterotrophic bacteria, themselved being controled by low phosphate availability. Finally, the dissolved organic carbon contribution to carbon export is around 64 % in the Western basin, and up to 90 % in the Eastern basin. When taking into account the dissolved fraction, total organic carbon export in the Eastern basin -despite its higher oligotrophy- exceeds the one in the Western basin (60% against 40 %)

L'objectif de ce travail est d'analyser les effets de l'ozone sur les hydrates de carbone et la lignine contenus dans les pates a papier chimiques, et en particulier dans les pates kraft de résineux, ainsi que les conséquences de ces effets sur la qualité des pates blanchies a l'ozone, et sur les résultats obtenus dans des stades de blanchiment ultérieurs. Apres un premier chapitre consacre a une revue de la littérature sur l'ozone en milieu aqueux, sur son action sur les hydrates de carbone et la lignine, ainsi que sur son utilisation dans le blanchiment des pates a papier chimiques, un deuxième chapitre porte sur l'analyse des effets de l'ozone sur les hydrates de carbone et la lignine résiduelle d'une pate kraft de résineux, et plus globalement sur diverses pates a papier de différentes natures. Dans le troisième chapitre sont étudiés les effets des cations métalliques sur le blanchiment a l'ozone, en distinguant les cations présents dans la pate de ceux éventuellement présents dans l'eau du procédé. Le quatrième chapitre traite du cas de l'ozone dans des séquences de blanchiment sans composes chlores, et plus particulièrement des conséquences des modifications apportées par l'ozonation a la cellulose et a la lignine sur un stade de blanchiment ultérieur. L'optimisation de la séquence choisie est également réalisée. Dans le cinquième chapitre l'ensemble des résultats obtenus est explique en faisant appel, entre autres, a des techniques de détection des radicaux hydroxyles, et a des expérimentations de gamma radiolyse de l'eau. Les actions respectives de l'ozone moléculaire et des radicaux hydroxyles générés sont ainsi précisées. En conclusion les perspectives de l'utilisation de l'ozone en blanchiment sont discutées

Le terme plancton désigne l'ensemble des organismes dérivant au grès des courants marins. On distingue le plancton végétal et principalement photosynthétique, "le phytoplancton", du plancton animal hétérotrophe, "le zooplancton". Au cours des dernières décennies, de nombreuses études ont documenté une croissance de l'abondance et de la distribution spatiale du zooplancton gélatineux à travers diverses régions. Même si le terme "gélification" des océans doit être utilisé avec beaucoup de précaution, des régions comme la mer Méditerranée montre une constante augmentation des méduses au cours de ces 40 dernières années. L'espèce Pelagia noctiluca (Forsskål, 1775) est considérée comme étant la méduse la plus abondante du bassin méditerranéen depuis les années 70. Du fait de leur présence massive dans cette région, il est primordial d'évaluer précisément l'impact de P. noctiluca à la fois sur les cycles biogéochimiques et sur la structuration des écosystèmes pélagiques. Pour cela, les deux processus majeurs de transfert de matière dans l'écosystème doivent être étudiés : la séquestration de carbone via la pompe biologique et le transfert de carbon au travers des réseaux trophiques. Cette thèse s'articule autour de trois axes majeurs: (i) réaliser un premier bilan de l'export de carbone organique particulaire (POCtotal) et dissous (DOC) en mer Méditerranée, (ii) construire un modèle écophysiologique de P. noctiluca pour déterminer la contribution de cette méduse à la pompe biologique, et (iii) évaluer le niveau trophique de P. noctiluca et son potentiel impact sur les niveaux trophiques inférieurs
The term “plankton” refers to all the organisms drifting in the water following the currents. Commonly, the vegetable autotrophic and mainly photosynthetic, “phytoplankton” is distinguished from the heterotrophic and animal “zooplankton”. In the last decades, many studies reported an increase in the abundances and spatial distributions of gelatinous zooplankton in many oceans. Even if the concept of “jellyfication of the oceans” needs to be used with caution, jellyfish populations show an increase in Mediterranean Sea over the last 40 years. The species Pelagia noctiluca (Forsskål, 1775) is considered as the most abundant jellyfish in the Mediterranean basin since the 70s. Due to its massive presence in this area, it is essential to evaluate precisely the impact of P. noctiluca on both biogeochemical cycles and pelagic ecosystem structure. Thus, the contribution of P. noctiluca to the two main factors regulating the biological carbon transfer in the oceans: carbon sequestration via the biological carbon pump and carbon transfer through trophic networks. This manuscript is divided in 3 main sections : (i) providing an initial budget of the particulate (POCtotal) and dissolved organic carbon (DOC) in the Mediterranean sea, (ii) building an ecophysiological model of P. noctiluca to estimate its contribution to the biological carbon pump, and (iii) assessing the trophic level of P. noctiluca and its potential impact on lower trophic levels

The main purpose of this thesis was to find ways to maintain a low level of light‐induceddiscolouration at an increased addition of mechanical and chemimechanical pulps in coated highqualityfine paper and magazine paper grades. Current technology allows the production of highyieldpulps such as thermomechanical and chemimechanical pulps with properties suitable formanufacturing high‐quality paper or paperboard with a low basis weight. Coating of woodcontainingpaper will probably be necessary for photo‐stability reasons if lignin‐containing pulps areto be used as the main fibre furnish in long‐life and high‐value products.In order to find the most suitable pulp for this purpose, light‐induced discolouration of a variety ofpaper samples from unbleached and bleached softwood and hardwood pulps was studied under bothaccelerated and long‐term ambient light‐induced ageing conditions. Hardwood high‐yield pulps,especially aspen pulps, were proven to be more photo‐stable compared to softwood pulps. Hardwoodpulps should therefore be the first choice for applications where a high permanence is desirable.Evaluating ageing characteristics using the CIELAB colour system showed that accelerated ageingconditions tend to mainly increase the b* value and decrease the L* value (i.e. yellow the pulp),whereas long‐term ambient ageing also increases the a* value, which makes the pulp more reddish.A new method for studying the influence of the UV‐screening properties of coating layers on abase paper was developed, and used to investigate the effect of pigment, pigment size distribution,binder and UV‐absorbing additives. The coat weight and pigment type were found to be the mostimportant factors for reducing the transmittance of UV‐radiation. Coating colours containing kaolinpigments had a lower UV‐transmittance than calcium carbonate pigments. Of the calcium carbonates,precipitated calcium carbonates were better than ground calcium carbonates and the difference wasgreater at higher coat weights. The particle size distribution should preferable be narrow. When thebest pigment (bleached kaolin) and the best binder (styrene butadiene latex) were combined withtitanium dioxide, the UV‐transmittance could be reduced by about 90% at a coat weight of ~10 g/m2.At a coat weight close to 20 g/m2, the transmittance was close to zero. This shows that it is possible tomore or less fully protect a double coated base paper from harmful UV‐radiation, when the coatinglayer has an optimum composition for that purpose. A prerequisite to reach so far is that the coatinglayer has an even coat weight.

La pompe biologique de carbone transfère le CO2 de l’atmosphère vers l’océan profond sous forme de matière organique particulaire. En formant des agrégats, les diatomées contribuent fortement au flux de particules. Les copépodes, en terme d’abondance et de diversité, dominent le zooplancton, sont les principaux consommateurs des diatomées et jouent un rôle important dans l’export de carbone via l’émission de pelotes fécales. Les limitations en sels nutritifs surviennent majoritairement en fin d’efflorescence phytoplanctonique, mais sont également une conséquence attendue du réchauffement global. L’objectif de la thèse vise à évaluer le rôle des interactions copépodes/diatomées sur l’export de carbone, dans un contexte de changement climatique. Les résultats obtenus démontrent que les limitations en affectant la composition biochimique des diatomées, influencent l’activité alimentaire des copépodes, ainsi que l’efficacité d’export par les pelotes fécales. J’ai également démontré que les traits fonctionnels des copépodes peuvent influencer à la fois la formation d’agrégats et leurs dynamiques. Enfin, via l’utilisation de données d’une campagne océanographique réalisée au cours de l’efflorescence printanière phytoplanctonique en Arctique, j’ai observé que la limitation en silicium après le retrait de la glace de mer contribue à la formation d’agrégats. Les copépodes en fin d’efflorescence migrent sous la couche de mélange là où les agrégats sont les plus abondants, ce qui peut suggérer que les agrégats soient utilisés comme source de nourriture
The biological carbon pump transfers CO2 from the atmosphere to the deep ocean as particulate organic matter. By forming aggregates, diatoms contribute strongly to the particle flux.Copepods, in terms of abundance and diversity, dominate zooplankton assemblages, are the main consumers of diatoms and play and key role in the carbon export via faecal pellets egestion. Nutrient limitations mainly occur at the end of phytoplankton blooms, but are also an expected consequence of global warming. The aim of the thesis is to evaluate the role of copepod/diatom interactions on carbon export in a context of climate change.The results obtained show that nutrient limitations affecting diatoms biochemical composition, that influences copepods feeding activity and the export efficiency of faecal pellets. I have also shown that the functional traits of copepods can influence both the aggregates formation and their dynamics. Finally, using data from an oceanographic campaign carried out during the Arctic phytoplankton spring bloom, I observed that silicon limitation after sea ice retreat contributes to the aggregates formation. Copepods, at the end of the bloom migrate under the mixing layer where the aggregates are most abundant, which may suggest that the aggregates could be used as a food

A travers les époques géologiques, l'océan Austral a joué un rôle majeur dans la régulation du climat à la surface de la Terre et en particulier dans la réduction de la concentration en CO2 atmosphérique. Cette région océanique est la plus importante pompe biologique de carbone et à travers la photosynthèse du phytoplancton permet la séquestration du carbone dans les profondeurs océaniques. Cette diminution aurait été causée par les dépôts de poussières qui par apportant des éléments comme le fer dans les régions limitées en nutriments, fertilise la surface des océans et permet l'activation de la pompe biologique de carbone. Aujourd'hui, l'entrée dans l'ère de l'Anthropocène a été marqué par l'impact que l'activité humaine exerce sur son environnement. L'activité anthropique génère et largue du dioxyde de carbone dans l'atmosphère provoquant un effet de serre sur la Terre altérant l'équilibre environnemental. Cette étude explore l'océan Austral qui est une zone de paradoxe biogéochimique avec de fortes concentrations en macronutriments, mais avec une faible productivité biologique. En 1990, John Martin a élaboré la « Iron Hypothesis » ou le fer (micronutriment) restreint la croissance phytoplanctonique. La poussière est une source majeure de métaux pour l'océan de surface. Dans l'océan Austral, les poussières ont une origine majoritairement d'Amérique du Sud (poussière patagonienne). Les apports d'Amérique du Sud contribuent pour 58% de la poussière totale dans l'océan Austral et seront multipliés par deux avec les futurs changements environnementaux. Pendant le dernier maximum glaciaire dans l'océan Austral, les apports de poussières auraient diminué la concentration en CO2 dans l'atmosphère. A de plus petites échelles de temps, des tests de fertilisation artificielle de fer ont été réalisés dans l'océan Austral et ont montré une forte productivité biologique. L'objectif de ce travail est de mieux caractériser et de quantifier la fraction de métaux qui se solubilise de la poussière patagonienne dans l'eau de mer sous des conditions actuelles et futures (2100) et d'améliorer les prédictions de l'évolution du phytoplancton dans la réponse à l'intensification de l'apport de poussières patagoniennes et des autres changements environnementaux dans l'océan Austral dans le but d'évaluer les impacts sur la production de carbone
Throughout geological time, the Southern Ocean has played a major role in regulating the Earth's surface climate and in particular in the reduction of atmospheric CO2. This oceanic region is the most important biological pump of carbon and through the photosynthesis of phytoplankton allows the sequestration of carbon in the deep ocean. This decrease would have been caused by dust deposits which, by bringing elements such as iron in areas limited in micronutrients, fertilize the ocean surface and allow the activation of the biological carbon pump. Nowadays, the entering into the Anthropocene era has been marked by the impact that human activity has exerted on its environment. Anthropogenic activity that generates the release of carbon dioxide into the atmosphere causes a greenhouse effect on the surface of the Earth and upsets the environmental balance. This study investigates the Southern Ocean which is biogeochemical paradox zone with high concentration of macronutrients but low biological productivity. In 1990 John Martin elaborated the "Iron hypothesis" hence iron (micronutrients) restricts phytoplankton growth. Dust is major source of metals in the surface ocean. In the Southern Ocean, dust have mainly a South America (Patagonian dust) origin. Input from South America contributed to 58% of the total dust into the Southern Ocean and will increase by two fold higher with the future environmental changes. During the last glacial maximal in the Southern Ocean, dust input would have decreased the CO2 concentration in the atmosphere. Moreover, in the small timescale there are tests of artificial iron fertilization performed in Southern Ocean have demonstrated high biological productivity. The overall aim of this work is to better characterize and quantify the fraction of metals that solubilizes from Patagonian dust in seawater under actual and future conditions (2100) and to improve predictions of the phytoplankton evolution in response to intensification of Patagonian dust input and other multi-stressor changes in the Southern Ocean in order to evaluate the impacts on carbon production

Les polymères électroactifs (PAE), sont des matériaux permettant de réaliser une conversion entre l'énergie électrique et mécanique. L'objet de ce travail est de proposer des procédés de modifications des terpolymères électrostrictifs par voies composites basés sur différentes approches dans le but d’améliorer les performances électromécaniques et de développer des applications à partir de ces matériaux modifiés. Dans un premier temps, un nano-composite à base de terpolymère et de noir de carbone a été préparé pour améliorer la permittivité diélectrique. Dans un deuxième temps, sur la base de la nature hétérogène de terpolymère semi-cristallin ainsi que du rôle important que la polarisation interfaciale joue sur la réponse diélectrique et électromécanique, une faible quantité d’agent plastifiant (bis (2-ethylhexyl) phalate (DEHP)) a été introduite dans le terpolymère électrostrictif afin de former un composite tout organique permettant l'amélioration des performances électromécaniques. Enfin, l’utilisation de ces matériaux modifiés dans deux applications spécifiques a été étudiée: La récupération de l'énergie mécanique et une pompe microfluidique sans valve
Electroactive polymers (EAPs), which can realize the conversion between electrical and mechanical energy, have been emerging as one of the most interesting smart materials in the past two decades due to their low density, excellent mechanical properties, ease of processing, low price and potential applications in the fields of sensors, actuators, generators, biomimetic robots and so on. The object of this work is to modify electrostrictive terpolymers with different approaches to improve the electromechanical performances and to develop some applications based on modified terpolymers. Firstly, an organic/inorganic (terpolymer/carbon black) nanocomposite was prepared to improve the dielectric permittivity based on the percolation theory. Secondly, based on the heterogeneous nature of semi-crystalline terpolymer and the important role that interface polarization plays for dielectric and electromechanical response, small molecular plasticizer bis(2-ethylhexyl) phalate (DEHP) was introduced into electrostrictive terpolymer to form an all-organic polymer composite with improved electromechanical performances. Finally, two applications including mechanical energy harvesting and microfluidic pump based on DEHP modified terpolymers were investigated

Les doublets géothermiques sur aquifères superficiels jouent un rôle important en France pour le chauffage, le rafraichissement et la production d’eau chaude sanitaire des bâtiments. La pérennité de ces installations est cependant conditionnée par la possibilité de pouvoir garantir dans le temps la production puis la réinjection de l’eau souterraine. Le colmatage de la boucle géothermale est un problème majeur qui affecte de nombreuses installations sur l’ensemble du territoire français et remet en cause leur viabilité technico-économique. La compréhension et la prédiction de ce phénomène nécessite de nouveaux moyens de caractérisation et de modélisation des processus biogéochimiques couplés au fonctionnement des boucles géothermales dans des environnements de subsurface hétérogènes. Cette thèse a ainsi fait l’objet d’une nouvelle collaboration entre le laboratoire Géosciences Rennes et l’entreprise Antea group pour identifier les mécanismes à l’origine de ces phénomènes de colmatage et d’en caractériser les paramètres influents dans le but de construire un outil d’analyse des risques permettant l’anticipation de ces processus de colmatage. Le premier volet de la thèse expose la synthèse des typologies de colmatage (biogéochimique, chimique, biologique et physique). Cette synthèse est issue de l’étude de la littérature sur la problématique de colmatage des forages d’eau et des retours d’expérience concernant les doublets géothermiques recensés et étudiés durant cette thèse. Le second volet présente les inventaires régionaux des problématiques de colmatage recensées en France dans différents contextes hydrogéologiques. Ces inventaires ont permis de délivrer un état des lieux à grande échelle de la problématique de colmatage et d’étudier les contextes associés à chaque type de colmatage. Dans le troisième volet, de nouvelles méthodologies de caractérisation in-situ des phénomènes de colmatage biogéochimique liés à l’oxydation du manganèse et du fer sont présentées. Elles ont été développées dans le cadre de ces travaux de thèse à partir des investigations menées sur différents sites confrontés à des problèmes d’exploitation. Ces méthodologies d’investigations pluridisciplinaires couplent la mesure des propriétés hydrauliques, des concentrations en éléments chimiques et de la diversité microbienne afin d’identifier la problématique impactant le fonctionnement de l’installation et d’en définir in fine les causes. Le quatrième volet expose les résultats d’une campagne de terrain effectuée sur un doublet géothermique impacté par un processus de colmatage biogéochimique. Cette campagne a permis d’identifier les composantes clés de la réactivité biochimique impliquée dans le colmatage : distribution du flux, hétérogénéité chimique et diversité microbiologique. A l’aide du code de calcul PHREEQC, un modèle géochimique simulant les cinétiques de précipitation observées a été développé. Il permet l’étude quantitative des mécanismes biogéochimiques favorisant l’apparition rapide du colmatage. Enfin, les retours d’expériences de l’exploitation des doublets sur nappes superficielles ont démontré le besoin d’une méthodologie fiable d’analyse des risques, permettant d’anticiper l’apparition des processus de colmatage à chaque étape de la vie du projet. Ainsi, à partir de la synthèse de la littérature scientifique et technique et des conclusions des études menées durant cette thèse, les facteurs de risques d’apparition des phénomènes de colmatage ont été déterminés. L’analyse des risques de colmatage intégrant ces différents facteurs a été implémentée à travers l’élaboration de méthodes développées sous Python 3. L’outil ARCADE (Analyse des Risques de Colmatage et Aide à la Décision) a été conçu d’une part pour évaluer le risque et d’autre part pour informer l’utilisateur averti des bonnes pratiques et moyens préventifs. Ces bonnes pratiques d’analyse et de gestion préventive sont présentées dans le dernier volet de cette thèse
The sustainability of geothermal systems using shallow aquifers for heating, cooling and hot water production depends on the possibility to ensure, over long time-scales, the production and the reinjection of groundwater in the aquifer. Clogging of the geothermal loop is a major issue affecting the technical and economic viabilities of numerous operations in France. The understanding and prediction of this phenomenon requires new methods of characterization and modelling of biogeochemical processes coupled to the operation of geothermal loops in heterogeneous subsurface environments. This thesis is thus the result of a new collaboration between the Géosciences Rennes lab and Antea group to identify the mechanisms at the origin of clogging phenomena and characterize their controlling parameters, in order to establish a risk assessment tool allowing the anticipation of clogging processes. The first part of the thesis describes the main clogging processes (biogeochemical, chemical, biological and physical). This synthesis is the result of (1) the study of the literature dealing with the clogging of water wells and (2) our feedbacks on the geothermal doublets identified and studied during this thesis. The second part presents the regional inventories of shallow geothermal systems impacted by clogging problems identified in different hydrogeological contexts in France. These inventories provide a large-scale perspective of clogging phenomena and allow to study the contexts associated with each type of clogging processes. In the third part, new methodologies for the in-situ characterization of biogeochemical clogging phenomena linked to manganese and iron oxidation are presented through case studies of sites affected by clogging issues. These interdisciplinary studies couple the measurement of hydraulic properties, chemical element concentrations and bacterial diversity, to identify the specific issue impacting the operation and to define its causes. The fourth part presents the results of an interdisciplinary field campaign carried out on a geothermal doublet impacted by a biogeochemical clogging process. This campaign documented the key components involved in mixing induced biogeochemical reactivity: flow distribution, chemical heterogeneity and microbiological diversity. Using PHREEQC, a geochemical model simulating observed kinetics of precipitation was developed in order to quantitatively explore the biogeochemical mechanisms favoring rapid clogging. Feedback from shallow geothermal systems operation has demonstrated the need for a reliable risk analysis methodology that allowed to anticipate the apparition of clogging processes at each stage of the project life (part 5). From the synthesis of the scientific & technical literature and the conclusions of the studies carried out during this thesis, the risk factors for the appearance of clogging phenomena were determined. A clogging risk analysis integrating these factors was implemented through the development of methods developed under Python 3. The methodology of the ARCADE tool (Analyse des Risques de Colmatage et Aide à la Décision) is designed to assess the risk and to inform users of good practices and preventive methods. These good practices for analysis and preventive methods are presented in the last part of this thesis

L'océan est connu pour jouer un rôle clé dans le cycle du carbone. Sans lui, les niveaux de CO2 atmosphérique seraient bien plus élevés qu'aujourd'hui grâce à la présence de pompes à carbone qui maintiennent un gradient de carbone inorganique dissous (DIC) entre la surface et le fond de l'océan. La pompe à carbone biologique (BCP) est principalement responsable de ce gradient. Elle consiste en une série de processus océaniques au cours desquels le carbone inorganique est converti en matière organique via la photosynthèse dans les eaux de surface, puis transporté vers l'intérieur de l'océan et éventuellement les sédiments où il sera séquestré par rapport à l'atmosphère pour des millions d'années. La BCP était longtemps considérée comme étant uniquement la déposition gravitationnelle de carbone organique particulaire (POC). Cependant, un nouveau paradigme pour la BCP a récemment été défini dans lequel des pompes d’origine physique et biologique d'injection de particules ont été ajoutées à la définition originale. Les pompes physiques d'injection de particules fournissent un moyen de mieux comprendre le transport de carbone organique dissous (DOC), tandis que les pompes biologique d'injection de particules se concentrent sur le transport de POC par des animaux migrant verticalement, quotidiennement ou saisonnièrement. Par conséquent, une meilleure compréhension de ces processus pourrait aider à combler l'écart entre le carbone quittant la surface et la demande de carbone dans l'océan profond. Pour aborder ce nouveau paradigme, ce travail bénéficiera de l'arrivée de capteurs récents équipant une nouvelle génération de flotteurs Biogéochimiques-Argo (BGC-Argo). La première partie se concentre sur le développement d'un modèle embarqué de classification de zooplancton pour l’Underwater Vision Profiler 6 (UVP6) avec des contraintes techniques et énergétiques strictes. La deuxième partie étudie les flux de particules et de carbone dans la mer du Labrador en utilisant des flotteurs BGC-Argo équipés pour la première fois de l'UVP6 et d'un piège à sédiments optique (OST), fournissant deux mesures indépendantes des particules. La dernière partie consiste à revisiter la BCP en utilisant un nouveau cadre appelé CONVERSE qui fait référence à la séquestration verticale continue du carbone dans la colonne d'eau. Avec cette nouvelle approche, nous réévaluons le carbone total séquestré par rapport à l'atmosphère (> 100 ans) par la BCP et ses voies de transport sur toute la colonne d'eau, par opposition à la séquestration de carbone généralement supposée en-dessous d'une profondeur de référence fixe
The ocean is known to play a key role in the carbon cycle. Without it, atmospheric CO2 levels would be much higher than what they are today thanks to the presence of carbon pumps that maintain a gradient of dissolved inorganic carbon (DIC) between the surface and the deep ocean. The biological carbon pump (BCP) is primarily responsible for this gradient. It consists in a series of ocean processes through which inorganic carbon is fixed as organic matter by photosynthesis in sunlit surface waters and then transported to the ocean interior and possibly the sediment where it will be sequestered from the atmosphere for millions of years. The BCP was long thought as solely the gravitational settling of particulate organic carbon (POC). However, a new paradigm for the BCP has recently been defined in which physically and biologically mediated particle injection pumps have been added to the original definition. Physically mediated particle injection pumps provide a pathway to better understand the transport of dissolved organic carbon (DOC) whereas biologically mediated particle injection pumps focus on the transport of POC by vertically migrating animals, either daily or seasonally. Therefore, a better understanding of these processes could help bridge the gap between carbon leaving the surface and carbon demand in the ocean interior. To address this new paradigm, this work will benefit from the advent of recent sensors that equip a new generation of Biogeochemical-Argo floats (BGC-Argo). The first part focuses on the development of an embedded zooplankton classification model for the Underwater Vision Profiler 6 (UVP6) under strict technical and energy constraints. The second part studies particle and carbon fluxes in the Labrador Sea using BGC-Argo floats equipped for the first time with the UVP6 and an optical sediment trap (OST), providing two independent measurements of sinking particles. The last part consists in revisiting the BCP using a new framework called CONVERSE for Continuous Vertical Sequestration. With this new approach, we re-evaluate the total carbon sequestered from the atmosphere (> 100 years) by the BCP and its transport pathways on the entire water column, in contrast to the carbon sequestration typically assumed below a fixed reference depth

This work investigates the retention of precipitated calcium carbonate (PCC) in thermo-mechanical pulp suspensions using polyethylene oxide (PEO), phenol formaldehyde resin (PFR) system in conjunction with Raifix 120, Raifix 2515 and Raisapac. Raifix is a starch-based polymer produced by Raisio chemicals of Finland. Raisapac is poly hydroxy aluminum chloride and is also manufactured by Raisio chemicals. The PCC used for this work was obtained from Specialty Minerals Inc. and its commercially known as Albafil. To maintain the pH of the PCC loaded pulp suspension to neutral the PCC was treated with phosphoric acid (0.2g/g of PCC). A 10 wt. % PCC suspension was pretreated with phosphoric acid for 24 hours according to the method proposed by Pang (Pang, 2001)and used in the first pass retention experiments. First pass retention experiments were performed using a Britt dynamic drainage jar. A 0.5% pulp suspension was loaded with 20% of pretreated PCC (10 wt.%). At first the retention experiments were done with only PEO and PFR at a PEO dosage of 0.15 mg/g of OD pulp. The retention of fines and pretreated PCC increased by 27% and 62% respectively at a PEO, PFR ratio of 1. Retention experiments were then performed with Raifix (120 or 2515) in conjunction with the PEO, PFR system. The best sequence of addition using Raifix was found to be Raifix-PCC-PFR-PEO. A 32 statistical design of experiments showed that there is a significant interaction between PEO, PFR and Raifix. This interaction was manifested as an increase in retention at a dosage of 0.05 mg/g of PEO, PFR, but decreased at a PEO, PFR dosage of 0.15 mg/g of OD pulp. It is believed that Raifix scavenges PFR and therefore interferes with retention. The sequence used for first pass retention with Raisapac was Raisapac, PCC, PFR and PEO. The retention obtained using Raisapac was greater than that using Raifix but similar to that obtained by PEO, PFR. The effect of DDJ stirrer speed at various rpm was performed with the best retention conditions for PEO, PFR system, Raifix-PEO-PFR and Raisapac-PEO-PFR system.

This thesis project consists of investigative work on the in-situ electrochemical brightening of thermo-mechanical pulp (TMP) using sodium carbonate (Na₂C0₃) as the source of brightening agents. The conditions for the electro-oxidation of Na₂C0₃ to percarbonate (C₂O₆²⁻) and its eventual decomposition to hydrogen peroxide (H₂O₂) were studied. Next, the factors that affected the in-situ electrochemical brightening of TMP were investigated, followed by the sequential simplex optimization of the electrochemical brightening process. To further study the role of Na₂C0₃ and the active oxygen (C₂O₆²⁻ and/or H₂O₂) on the brightening process, several simulated brightening experiments using merchant H₂O₂ were performed. Finally, a rough cost comparison between the conventional H₂O₂ and the electrochemical brightening method was performed. In most of the electro-brightening experiments, a platinized titanium hollow U - tube anode and a tungsten rod cathode were used. The anode was water-cooled to raise the oxygen overvoltage at the anode and to suppress the hydrolysis of the oxidation product. The cathode area was approximately ten times smaller than the anode area to suppress the reduction of active oxygen on the cathode. Using a range of current densities (0.04 - 0.25 A/cm²), it was found that the highest time-average current efficiency for the production of active oxygen over 30 minutes without pulp at 46°C was 41% at 0.14 A/cm² and an anode voltage of 3.2 V vs SHE. The maximum active oxygen concentration produced by electrolysis of sodium carbonate in the presence of pulp was about 50% higher than that without pulp. The investigation of the in-situ brightening of TMP using Na₂CO₃ began with a full 2³ factorial experiment with approximately 750 ml of pulp slurry in 1 M Na₂CO₃ at 1% pulp consistency. The variables were temperature ( 46°C and 66°C), anode area (14.5 cm² and 29 cm²), and current (5 A and 10 A). It was found that the combination of temperature, current density and current concentration appears to have a positive effect on the active oxygen concentration, brightness gain and yellowness loss. However, this result may be unreliable due to the deterioration of the anode. Glassy carbon plate anode apparently gave 50% higher concentration of active oxygen than platinized titanium anode, but was not a good anode material for the in-situ electro-brightening reaction because its surface was eroded, introducing traces of carbon powder in the pulp suspension. Furthermore, the loose carbon powder might penetrate into the fiber network, giving an inaccurate brightness or yellowness reading on the spectrophotometer. The post-treatment of platinized titanium anode, by submersing it in warm ≈ 1 M sodium hydroxide (NaOH) solution followed by reverse-polarizing of the electrodes in ≈ 1 M of Na₂CO₃ solution, was very important in suppressing the deterioration of the anode and ensuring the reproducibility of the brightening results. Experiments on platinized titanium anodes with different electrode configurations show that good current distribution improved brightness gain and lowered specific energy. A 10 %ISO brightness gain can be achieved by brightening pulp at 1% consistency at 46°C with a specific energy of 20,000 kWh/ton of pulp. The brightness increase & yellowness loss in a single-stage 3-hour run was about 14 %ISO & 7%, whereas a single-stage 6-hour run and a two-stage run at 3 hours/stage produced brightness gain & yellowness loss of 13 %ISO & 8% and 12 %ISO & 8% respectively. This means that brightening time longer than 3 hours may not be worthwhile. The presence of sodium carbonate in the brightening suspension actually decomposed hydrogen peroxide quite rapidly compared to the rate of decomposition in conventional peroxide brightening liquor. This means that a continuous supply of active oxygen has to be available for a brightness gain to occur in the presence of sodium carbonate. A cost comparison between the electrochemical and the conventional brightening method shows that the electrochemical method cost approximately 20% more in annual operating cost than the conventional brightening method. The capital cost of the electrochemical method is approximately 140% more than that of the conventional brightening method.

Dans les océans, les procaryotes sont des acteurs clés dans le cycle du carbone puisqu’ils consomment une fraction importante de la matière organique dissoute (MOD) relâchée par les producteurs primaires. Puisque cette matière organique est très complexe et de biodisponibilité variable, les communautés de procaryotes qui la consomme sont très diversifiées et spécialisées pour certains types de composés organiques. En utilisant cette matière organique, les procaryotes contribuent à réintroduire ce carbone dans le réseau trophique, une source d’énergie essentielle dans les gyres oligotrophes de l’océan. Toutefois, puisque cette consommation n’est pas parfaite, une quantité importante de carbone est relâchée sous forme de CO2 lors de la respiration, mais aussi sous forme de MOD récalcitrante, contribuant à séquestrer du carbone dans les océans. Le but de cette thèse est d’une part, de dresser un portrait global de la biodisponibilité de la MOD et d’autre part, de déterminer l’influence de la biodisponibilité de cette dernière sur la composition et le métabolisme des procaryotes dans la mer du Labrador, une mer dont le rôle est critique dans la régulation du climat. Plus spécifiquement, nous identifions pour la première fois comment la distribution spatiale des procaryotes influencent leur métabolisme et est influencée par leur préférence alimentaire dans les eaux de surface de la mer du Labrador. Finalement, nous regardons comment la matière organique produite en surface est transformée et séquestrée en profondeur suite à la convection hivernale dans la mer du Labrador. Le budget de carbone dans les océans n’est toujours pas balancé. Afin de mieux connaître les sources et la biodisponibilité du carbone dans les différents milieux aquatiques, nous avons évalué la biodisponibilité de la MOD à travers le continuum aquatique, des lacs jusqu’à l’océan. En menant une méta-analyse sur le sujet, nos résultats montrent que la proportion de matière organique labile, c’est-à-dire facilement utilisable par les procaryotes, est d’environ 6% dans tous les environnements aquatiques. Toutefois, la proportion de matière organique semi-labile, celle qui nécessite plus de transformation par les procaryotes, est grandement liée à la proximité au milieu terrestre. Les seuls écosystèmes aquatiques déviant de ces deux constats sont ceux en période d’efflorescence algale: ils contiennent beaucoup plus de carbone labile et semi-labile que ceux à l’équilibre. Nous avons estimé que le carbone semi-labile peut soutenir 62% de la biomasse de procaryotes dans les lacs et les milieux côtiers. Dans un deuxième temps, nous évaluons l’influence de la MOD sur le métabolisme et les communautés de procaryotes. Nous avons fait trois missions océanographiques sur la mer du Labrador à bord du navire Hudson pour déterminer la composition de la MOD et la communauté des procaryotes ainsi que leur métabolisme. En utilisant une approche novatrice, la modélisation de la distribution spatiale de l’abondance des procaryotes, nous avons montré à quel point celle-ci est importante pour déterminer leur préférence alimentaire ainsi que leur métabolisme. Nous avons également proposé un nouveau cadre conceptuel qui vise à faciliter la recherche à l’interface de la biogéochimie, de l’écologie microbienne et du métabolisme microbien. Dans un dernier temps, nous avons comparé la capacité des procaryotes venant de différentes profondeurs océaniques à séquestrer le carbone. Lors de la consommation de la MOD, les procaryotes en relâche une petite fraction sous forme plus récalcitrante. En répétant ce processus, le carbone résiduel devient très récalcitrant et peut résister à la consommation par les procaryotes durant des centaines d’années. Nous avons montré que les procaryotes de l’océan profond sont plus efficaces pour séquestrer le carbone de cette façon. Nos résultats montrent que ce sont les taxons rares des procaryotes qui sont les éléments clés dans cette suite de transformation qui mène à la séquestration du carbone appelée pompe microbienne. Cette thèse contribue à la compréhension du cycle du carbone dans la mer du Labrador et dans les écosystèmes aquatiques en général. Nous avons proposé une approche novatrice permettant de lier la qualité de la MOD à la composition des communautés de procaryotes qui la dégrade, un défi qui perdure depuis des dizaines d’années. De plus, nous montrons pour la première fois la que la pompe microbienne de carbone est un processus itératif fortement relié à la succession de la communauté de procaryotes. Nous montrons également que la pompe microbienne est active dans chaque strate océanique, mais que les procaryotes rares issus de l’océan profond sont plus efficaces à séquestrer le carbone. Mieux comprendre comment la composition de la MOD influence les procaryotes est primordial puisqu’ils sont centraux au cycle du carbone océanique.
Oceanic prokaryotes are key players in the carbon cycle by consuming dissolved organic mat-ter (DOM) produced by primary producers. As this organic matter is highly complex with varying degree of bioavailability, prokaryotic communities are highly diverse and different taxa target certain types of organic compounds. By consuming this organic matter, prokary-otes reintroduce this carbon into the food web, a critical energy flow in oligotrophic gyres. However, this consumption is not perfect and they release a lot of carbon as CO2 through respiration, but also as recalcitrant DOM. Thus, they contribute to carbon sequestration in aquatic ecosystems. The objective of this thesis is to characterize DOM bioavailability and its influence on the composition and metabolism of prokaryotic communities in the Labrador Sea, described as one of the Earth’s climate system tipping elements. More precisely, we quantify for the first time how the spatial abundance distribution of prokaryotes influences ecosystem metabolism and organic matter association in the surface waters of the Labrador Sea. Lastly, we look at how DOM produced at the surface is transformed and sequestered following the Labrador Sea winter convective mixing. The oceanic carbon budget is still unbalanced. In order to better understand its carbon sources and bioavailability, we characterize DOM bioavailability across the aquatic contin-uum, from lakes to the open ocean. Using a meta-analysis, our results show that the propor-tion of labile organic matter, i.e. readily available for prokaryotes, is similar at around 6% in all aquatic ecosystems. However, the proportion of semi-labile organic matter, i.e requiring transformations to be consumed by prokaryotes, is highly related to terrestrial connectivity. The only ecosystems that did not follow these patterns were in a phytoplankton bloom pe-riod and had a high proportion of labile and semi-labile organic matter as their counterparts at equilibrium. Finally, we estimated that semi-labile organic matter could sustain 62% of prokaryotic biomass in lakes and coastal zones. Second, we evaluated the influence of DOM on prokaryotic metabolism and community composition. In order to determine organic matter composition, prokaryotic community composition and metabolic rates, we did three oceanic cruises in the Labrador Sea onboard the Hudson ship. By using spatial abundance distribution modelling of prokaryotes, we identified strong associations between groups of this novel approach and organic matter composition. We also proposed a framework to bridge the gap between prokaryotic diversity, microbial ecology, and biogeochemistry among methods and across scales. Lastly, we compared how prokaryotic communities from different oceanic strata could se-quester carbon. When they consume organic matter, prokaryotes release a small amount in recalcitrant forms. Through this iterative process, called the microbial carbon pump, prokaryotes contribute to carbon sequestration by creating highly recalcitrant compounds that resist further degradation for hundreds of years. We have shown that all prokaryotes enable the microbial carbon pump, but that prokaryotes from deeper strata are more effi-cient. Our results also conclusively show that the rare prokaryotic taxa are key players in the microbial carbon pump. This thesis contributes to better understand the carbon cycle in the Labrador Sea and in all aquatic ecosystems. We proposed a novel framework to relate biogeochemistry, prokaryotic diversity and microbial ecology which has been a challenge for decades. Moreover, we con-clusively showed for the first time that the iterative process of the microbial carbon pump is related to prokaryotic succession. We also show that it happens in all oceanic strata, but that rare prokaryotes from the deep ocean are more efficient to sequester carbon. Better understanding how DOM composition influences prokaryotes is of prime importance as they are the main drivers of the oceanic carbon cycle.