Academic literature on the topic 'Matière organique particulaire – Composition chimique'

Cette étude, réalisée sur 45 espèces arbustives récoltées en Nouvelle Calédonie, a permis de mettre en évidence six groupes de ligneux fourragers caractérisés par leurs teneurs en éléments bruts et leurs dégradabilités enzymatiques et in vitro. Les espèces présentant des teneurs en matières azotées dégradables et des dégradabilités de la matière organique élevées sont les plus intéressantes sur le plan nutritionnel. Il s'agit notamment de Gliricidia septim, de Leucaena leucocephala, d'Acalypha grandis, de Samanea saman, d'Albizia lebbeck, d'Erythrina sp., d'Acacia farnesiana et de Sesbania grandiflora. En revanche, les données pour Desmanthus virgatus et, dans une moindre mesure, Acacia ampliceps sont décevantes.

En Nouvelle-Calédonie, comme dans de nombreux autres pays, il n'est pas envisageable à court terme de mettre en oeuvre toutes les méthodes d'évaluation des fourrages. Par ailleurs, la valeur alimentaire des arbustes fourragers est relativement méconnue comparativement à celle des herbacées. Aussi cette étude établit-elle des équations de prédiction de quelques facteurs liés à la valeur nutritive des ligneux tropicaux récoltés sur les zones de parcours néo-calédoniens. II s'agit, d'une part de critères déterminés par les méthodes enzymatiques: dégradabilité enzymatique de la matière organique (SMO) et des matières azotées dégradées par la pronase (MApro); et, d'autre part, par la méthode in vitro: dégradabilité in vitro de la matière organique (dMOgt) et des matières azotées (MAgt) par la méthode de production des gaz. Cette étude montre notamment la difficulté de déterminer ces équations à partir de critères chimiques simples (MAT, NDF, ADF) couramment utilisés pour les espèces herbacées. Leur teneur généralement élevée en lignines, la distribution de leurs matières azotées partiellement bloquées au niveau des parois indigestibles et la présence de tanins rendent nécessaire l'emploi de critères chimiques tels qu'ADL, MAadf et MAnadf (matières azotées liées ou non à l'ADF) dans le cas des arbres et arbustes fourragers. La précision des équations est néanmoins acceptable notamment pour la dMOgt et pour la famille des Fabacées. En revanche, les équations ne sont pas applicables pour MApro (sauf pour les Fabacées).

L’incorporation de matière grasse dans les rations d’engraissement de bovins est une technique courante. Différents buts sont poursuivis : augmenter la teneur en énergie de la ration, faciliter la finition des animaux ou manipuler la teneur en acides gras insaturés de la graisse. L’incorporation des matières grasses se fait sous forme de graisses purifiées d’origine végétale ou animale ou sous forme de graines ou de fèves oléagineuses. Généralement, ces dernières subissent des traitements technologiques, avec comme conséquence, par exemple, une augmentation des acides gras à chaîne plus courte et saturés. Vu l’origine extrêmement variée des graisses utilisées, les effets observés chez les animaux sont parfois divergents. L’utilisation de graisses dans des rations d’engraissement a tendance à réduire l’intensité des fermentations dans le rumen et à les orienter vers une production plus importante d’acide propionique. Les données de la littérature indiquent que l’incorporation de matière grasse a tendance à réduire la digestibilité apparente de la matière sèche et de la matière organique et à augmenter la digestibilité de l’extrait éthéré. Les principaux effets sur les performances zootechniques sont une réduction de la durée d’engraissement, une augmentation des gains de poids, une réduction des ingestions, et par conséquent une amélioration de l’indice de consommation. Les auteurs signalent généralement une augmentation du poids des carcasses et du rendement à l’abattage. Les carcasses sont souvent plus grasses. La composition chimique de la viande et celle du muscle, c’est-à-dire de la viande maigre, ne semblent pas être modifiées. La supplémentation avec des graisses d’origine animale entraîne une diminution plus ou moins importante de la proportion des acides gras insaturés. A l’opposé, l’utilisation des graisses d’origine végétale se caractérise par une augmentation de la proportion des acides gras insaturés.

La matière organique (MO) est un élément important de la fertilité des sols cultivés. Les mesures de réflectance ont déjàété utilisées avec succès pour prédire la teneur en carbone organique (CO) des sols agricoles, soit au laboratoire surdes échantillons de sols séchés, soit directement au champ à l'aide de spectro-radiomètres de terrain ou grâce à desimages satellitaires. Cette étude propose une méthode de prédiction spatialisée du CO des sols, à partir d'imageriedrone. Une parcelle agricole de 13 ha « la Grande Borne », située dans la plaine de Versailles (78), a été suivie en avril2013, peu avant le semis alors qu'elle était encore en sol nu. Le drone AIRINOV® utilisé était équipé de la caméramultispectrale quadri-bande multiSPEC 4C® (550nm, 660nm, 735 nm et 790 nm) et évoluait à une altitude de 150 m.Vingt-trois placettes de contrôle au sol, réparties dans la parcelle, ont été délimitées par des cibles géolocaliséescentimétriquement par DGPS et ont fait l'objet de mesures synchrones au vol drone : mesures spectrales de terrain(ASD FieldSpec 3®), mesures de rugosité par une méthode photogrammétrique, prélèvements d'échantillons de solpour analyse de la composition chimique et de la teneur en eau. Les images obtenues d'une résolution de 15cm ont étégéoréférencées avec une précision infra-pixellaire. Les spectres de terrain ont été agrégés sur les bandes spectrales de2la multiSPEC® 4C afin de valider par régression linéaire la qualité des données de réflectance du drone. Les Robtenus, entre 0,8 et 0,9 selon les bandes, ainsi que l'erreur comprise entre 1 et 3% en réflectance, ont montrés lafiabilité du capteur multiSPEC 4C®. La teneur en CO a ensuite été estimée par régression des moindres carrés partiels(PLSR) à partir des mesures spectrales sur les 23 placettes. L'erreur quadratique moyenne de validation croisée(RMSECV) par la méthode LOO (Leave One Out) était de 1,97 g de CO par kg de sol. Un second modèle intégrant lacorrection des effets de l'humidité et de la rugosité sur la réflectance, a permis d'améliorer la qualité de la prédiction de18% avec une RMSECV de 1,61 g/kg. Le modèle a enfin été spatialisé sous SIG et comparé à de simples interpolationsspatiales des analyses de sol.

Le bassin versant du fleuve Sinnamary est situé en Guyane française, au nord du continent sud américain, en zone néo-tropicale. Il s'étend entre 4 et 5°de latitude Nord et entre 52°50' et 53°30' de longitude Ouest. En 1994, la mise en eau du barrage hydroélectrique construit sur le site de Petit Saut occasionne l'ennoiement de 365 km2 de forêt primaire. Le remplissage s'effectue en 18 mois, et la demande en oxygène dissous nécessaire à la dégradation de la matière organique est telle qu'en quelques jours la masse d'eau se stratifie en un épilimnion oxygéné et un hypolimnion anoxique. Représentant quelques centimètres en 1994, l'épilimnion s'épaissit progressivement jusqu'en 1998. Depuis, cette progression s'est nettement ralentie et l'épilimnion oscille autour d'une valeur moyenne de 5 à 6 mètres. Il abrite la plus grande partie du zooplancton pélagique. L'hypolimnion est anoxique et riche en éléments réduits. Le zooplancton s'est rapidement installé avec des rotifères, des cladocères et des copépodes. Des ostracodes et des Chaoboridae y sont désormais associés. La retenue présente une zonation longitudinale, de la tête de la retenue vers la queue, aussi bien en termes de densités que de composition des peuplements. De même, il existe une zonation transversale, notamment marquée par un gradient croissant de la conductivité de l'axe vers les berges. Ces ressources endogènes ainsi que des apports complémentaires (végétaux, invertébrés terrestres, détritus…) sont utilisées par la faune ichtyque qui a su s'adapter au changement du milieu. Le temps de rétention des eaux qui fluctue saisonnièrement en fonction des pluies semble être le facteur prépondérant de variabilité pour la qualité physico-chimique des eaux et les communautés biologiques.

An experiment was conducted to determine the effect of substituting maize grain with maize cobs treated with 25% urea (U) plus 75% wood ash (WA) on chemical composition and in sacco degradability. Maize grain was substituted with graded levels of 25U75WA in the dietary ingredients and the treatments were: 100M = 100% maize grain, 66M34C = 66% maize grain plus 34% treated maize cobs, 34M66C = 34% maize grain plus 66% treated maize cobs and 100C = 100% treated maize cobs. Samples were analyzed for dry matter (DM), organic matter (OM), ash, crude protein (CP), neutral detergent fibre (NDF), acid detergent fibre (ADF) and acid detergent lignin (ADL); they were incubated in saccofor 6, 12, 24, 48 and 72 hrs and their DM degradation kinetics described using the equation y = a + b ct (1- e- ). Results indicated that as maize grain is substituted with treated maize cobs, NDF, ADF and ADL also increased, however only the neutral detergent soluble (NDS) for treatment 100C was reduced. At 72 hrs of incubation, treatment 34M66C had the highest DM degradation, rapidly soluble fraction 'a' and potential degradability 'a+b'. It was concluded that maize cobs treated with combinations of urea and WA could substitute 66% of maize grain in sheep diets. Une expérience a été menée pour déterminer l'effet de la substitution du grain de maïs par des épis de maïs traités avec 25 % d'urée (U) plus 75 % de cendre de bois (WA) sur la composition chimique et la dégradabilité du sac. Le grain de maïs a été remplacé par des niveaux gradués de 25U75WA dans les ingrédients alimentaires et les traitements étaient : et 100C = 100 % d'épis de maïs traités. Les échantillons ont été analysés pour la matière sèche (MS), la matière organique (MO), les cendres, les protéines brutes (CP), les fibres au détergent neutre (NDF), les fibres au détergent acide (ADF) et la lignine au détergent acide (ADL) ; ils ont été incubés dans sacco pour 6, 12, 24, 48 et 72 heures et leur cinétique de dégradation de la matière sèche décrite en utilisant l'équation y = a + b (1-e-ct). Les résultats ont indiqué que lorsque le grain de maïs est remplacé par des épis de maïs traités, NDF, ADF et ADL ont également augmenté, mais que seul le détergent neutre soluble (NDS) pour le traitement 100C a été réduit. À 72 heures d'incubation, le traitement 34M66C présentait la plus forte dégradation de MS, la fraction rapidement soluble « a » et la dégradabilité potentielle « a+b ». Il a été conclu que les épis de maïs traités avec des combinaisons d'urée et d'AO pouvaient remplacer 66% des grains de maïs dans l'alimentation des moutons.

A large number of forages exist in Nigeria with varying adaptations pertaining to ecological zones. These forages are known for their acceptability and nutritive value by ruminants during dry season. Being different in structure and texture, physiochemical component may differ. Thus, this study was undertaken to determine chemical composition of five selected forage species (Mimosa pudica, Aspenlenum bulbiferum, Commelina benghalensis, Chamaecoustus cupidatus and Panicum maximum) used as feed resources in Odoragunshin, Epe Local Government Area, Lagos state. 500g sample of each plant was collected from different mature plants before flowering. Chemical composition and in vitro digestibility parameters were measured. The result obtained showed variations (P< 0 .05) in the proximate composition and invitro digestibility. The crude protein content was highest in Commelina benghalensis (21.46%) and was least in Chamaecoustus cupidatus (11.88%). Ether extract ranged from 7.70% - 15.38% in Mimosa pudica and Chamaecoustus cupidatus respectively. Higher ash value (15.38%) was recorded in Commelina benghalensis. The estimated organic matter digestibility (OMD), metabolizable energy (ME) and short chain fatty acid (SCFA) were significantly different (P< 0.05). The study showed that the selected forages could be used as part of feed for ruminants, especially during the period of scarcity without harmful effect to the animals. Un grand nombre de fourrages existent au Nigeria avec des adaptations variables selon les zones écologiques. Ces fourrages sont connus pour leur acceptabilité et leur valeur nutritive par les ruminants en saison sèche. Étant différents en termes de structure et de texture, les composants physicochimiques peuvent différer. Ainsi, cette étude a été entreprise pour déterminer la composition chimique de cinq espèces fourragères sélectionnées (Mimosa pudica, Aspenlenum bulbiferum, Commelina benghalensis, Chamaecoustus cupidatus et Panicum maximum) utilisées comme ressources alimentaires à Odoragunshin, dans la zone de gouvernement local d'Epe, dans l'État de Lagos. Un échantillon de 500 g de chaque plante a été collecté sur différentes plantes matures avant la floraison. La composition chimique etles paramètres de digestibilité in vitro ont été mesurés. Le résultat obtenu montre des variations (P< 0,05) dans la composition immédiate et la digestibilité in vitro. La teneur en protéines brutes était la plus élevée chez Commelina benghalensis (21,46 %) et la plus faible chez Chamaecoustus cupidatus (11,88 %). L'extrait d'éther variait de 7,70 % à 15,38 % respectivement pour Mimosa pudica et Chamaecoustus cupidatus. Une valeur de cendres plus élevée (15,38 %) a été enregistrée chez Commelina benghalensis. La digestibilité estimée de la matière organique (DMO), l'énergie métabolisable (EM) et les acides gras à chaîne courte (AGCC) étaient significativement différents (P < 0,05). L'étude a montré que les fourrages sélectionnés pouvaient être utilisés dans le cadre de l'alimentation des ruminants, notamment en période de disette, sans effet nocif sur les animaux.

Some trees, especially browse plants are cherished by cattle, sheep and goats in the tropics. However, the browse plants have their peculiar characteristics and nutrients in them. Therefore this study was conducted to evaluate nutritive value, chemical composition and in vitro digestibility of Morinda lucida, Moringa oleifera, Ficus exasperata, Pentaclethra hirsute.s macrophylla and Palisota Samples were investigated for proximate composition, in vitro gas production characteristics, estimated organic matter digestibility (OMD%), metabolizable energy (ME, MJ/kgDM) and short chain fatty acid (SCFA, mol). Results showed that there were significant differences in proximate composition with crude protein (CP) ranging from 17.87 in Palisota hirsute to 27.20% in Moringa oleifera. The content of the neutral detergent fibre (NDF) differed significantly (P<0.05) with values ranging from 53.39 in Pentaclethra macrophylla to 60.39% in Morinda lucida. The estimated SCFA, OMD and ME were significantly (P<0.05) higher in Pentaclethra macrophylla (0.37 mol, 30.88 % and 4.65 MJ/kgDM) respectively. In conclusion, the selected plants evaluated in this study had high crude protein contents which would make them good protein supplement to poor quality feeds especially during feed scarcity without adverse effect. Certains arbres, en particulier les plantes broutées, sont appréciés par les bovins, les moutons et les chèvres sous les tropiques. Cependant, les plantes broutantes ont en elles leurs caractéristiques et leurs nutriments particuliers. Par conséquent, cette étude a été menée pour évaluer la valeur nutritive, la composition chimique et la digestibilité in vitro de Morinda lucida, Moringa oleifera, Ficus exasperata, Pentaclethra macrophylla et Palisota hirsute. Les échantillons ont été étudiés pour la composition immédiate, les caractéristiques de production de gaz in vitro, la digestibilité estimée de la matière organique. (DMO%), énergie métabolisable (EM, MJ/kgDM) et acide gras à chaîne courte (AGCC, mol). Les résultats ont montré qu'il existait des différences significatives dans la composition immédiate des protéines brutes (PB) allant de 17,87 chez Palisota hirsute à 27,20 % chez Moringa oleifera. La teneur en fibres détergentes neutres (FDN) différait significativement (P < 0,05) avec des valeurs allant de 53,39 chez Pentaclethra macrophylla à 60,39 % chez Morinda lucida. Les AGCC, DMO et EM estimés étaient significativement (P <0,05) plusélevés chez Pentaclethra macrophylla (0,37 mol, 30,88 % et 4,65 MJ/kgDM) respectivement. En conclusion, les plantes sélectionnées évaluées dans cette étude avaient des teneurs élevées en protéines brutes, ce qui en ferait un bon complément protéique aux aliments de mauvaise qualité, en particulier en cas de pénurie alimentaire, sans effet indésirable.

La digestibilité pepsine-cellulase est largement utilisée pour prévoir la digestibilité de la matière organique (dMO) des fourrages. Les équations de prévision utilisées jusqu’à présent avaient été établies en 1989 sur 85 échantillons d’espèces pures de graminées, de légumineuses, et sur des prairies permanentes riches en graminées, récoltées en vert ou en foin. Certaines espèces fourragères comme le trèfle violet, les mélanges ray-grass/trèfle blanc, et les fourrages récoltés en ensilage n’avaient pas été inclus dans cette équation. Pour conforter et élargir les équations de prévision, nous avons analysé la relation entre la dMO et la digestibilité pepsine-cellulase d’une banque de données constituée de 384 échantillons dont la digestibilité in vivo a été mesurée sur moutons à l’INRA de Theix en Auvergne ou à l’INRA du Pin-au-Haras en Normandie et dont la digestibilité pepsine-cellulase a été déterminée à l’INRA de Theix. Cette banque de données comporte 269 échantillons de fourrages verts (121 de graminées, 60 de mélanges ray-grass/trèfle blanc, 32 de légumineuses et 56 de prairies permanentes), 64 échantillons de fourrages fermentés (39 de graminées, 25 de légumineuses) et 51 échantillons de foins (37 de graminées et 14 légumineuses). Sur l’ensemble des données (n = 384), la plage de variation de la dMO est de 48,5 à 84,6 et celle de la digestibilité pepsine-cellulase de 38,6 à 86,5. L’analyse de cette base de données nous a permis de conforter les équations de prévision proposées pour les fourrages verts et les foins (écarts-types résiduels compris en 2,2 et 2,9 points de digestibilité), de préciser les différences de pente dans les équations de prévision entre les fourrages de graminées et de légumineuses, de proposer une équation pour les fourrages verts issus d’association ray-grass/trèfle blanc et des équations pour les fourrages fermentés (ensilages et balles rondes) avec une précision inférieure à 2 points de digestibilité. Une étude de validation a été réalisée à partir de 122 échantillons extérieurs à ceux utilisés pour établir les équations de prévision et dont la composition chimique et la digestibilité pepsine-cellulase ont été déterminées dans un laboratoire d’analyse extérieur à l’INRA. Les écarts-types de prévision de la dMO à partir de la digestibilité pepsine-cellulase varient de 2,7 et 3,2 points de digestibilité selon la catégorie de fourrages considérée. Ils sont inférieurs à ceux obtenus pour la prévision à partir de la composition chimique (MAT, CB) qui varie entre 3,5 et 5,1 points de digestibilité.

Les systèmes côtiers pélagiques sont caractérisés par de multiples apports de matière organique particulaire (MOP) d’origine autochtone (phytoplancton) ou allochtone (continentale, benthique) dont la variabilité spatiale et temporelle peut être forte. L’objectif de ma thèse était 1) de quantifier la composition de la MOP des systèmes côtiers pélagiques, 2) de déterminer les forçages à sa dynamique spatio-temporelle et 3) d’investiguer le lien entre bactéries et composition de la MOP. Cette étude a été menée sur douze systèmes (estuaire, lagune, rias, baies, littoraux) distribués sur les trois façades maritimes françaises, en combinant rapports isotopiques et élémentaires (composition), acides gras (lien MOP-bactéries) et statistiques multivariées (forçages).A l’échelle multi-systémique et/ou intra-systémique, deux grands gradients sont observés :- un gradient côte (plus forte contribution continentale et benthique) – large (MOP phytoplanctonique), principalement lié à l’hydrodynamique sédimentaire (débits des fleuves, remise en suspension du matériel benthique) et à la proximité des sources allochtones- un gradient Sud (présence de MOP issue de la diazotrophie) – Nord (absence de cette MOP), en lien avec le statut trophique (oligo vs méso/eutrophie) des systèmes.La saisonnalité de la dynamique temporelle de la composition de la MOP est fortement variable selon les sites. Elle est généralement plus forte près de la côte et plus faible au large et en zone amont de l’estuaire étudié. Cette dynamique est également reliée à l’hydrodynamique sédimentaire.Enfin, l’étude a révélé que la biomasse bactérienne est principalement associée à la MOP continentale et benthique
Pelagic coastal systems are characterized by multiple inputs of particulate organic matter (POM) from autochthonous (phytoplankton) and allochthonous (continental, benthic) origin whose spatial and temporal variability can be high. The aims of my PhD were to 1) quantify POM composition in pelagic coastal systems, 2) determine the forcings to its spatio-temporal dynamics and 3) investigate the link between bacteria and POM composition. This study was conducted on twelve systems (estuary, lagoon, bays, rias, littoral) distributed over the three maritime facades of France by combining the use of elemental and isotopic ratios (composition), fatty acids (POM-bacteria link) and multivariate analysis (forcings).At multi-systems and/or intra-system scale, two main gradients are observed:- an inshore (higher continental and benthic contribution) - offshore gradient (phytoplanktonic POM) mainly related to hydrodynamics and sedimentary hydrodynamics (river flow, resuspension of benthic material) and to the proximity to allochthonous sources- a South (POM related to diazotrophy) – North (absence of this POM) gradient, associated to the trophic status (oligo vs meso/eutrophy) of the studied systems.The seasonality of spatio-temporal dynamics of POM composition is highly variable depending on the station. It is in general higher near the coast and lower offshore and upstream in the studied estuary. This dynamic is also strongly associated to sedimentary hydrodynamics.Finally, this study highlight that bacterial biomass is mainly associated to continental and benthic POM

Ce travail de thèse a consisté à étudier la nature chimique, les origines, ainsi que les propriétés des aérosols en Afrique de l’Ouest. Nous avons en particulier recherché les liens entre la composition chimique des particules fines en surface et les propriétés optiques des aérosols. Notre étude s’est appuyée sur les mesures effectuées au cours de la campagne de terrain SHADOW sur le site de M’Bour (Sénégal) durant deux périodes d’observations intensives : mars à juin 2015 (POI-1) et novembre 2015 à janvier 2016 (POI-2). Un dispositif instrumental permettant une caractérisation chimique en ligne et à haute résolution temporelle des aérosols submicroniques (TEOM-FDMS, ACSM, aéthalomètre) a été mis en place, en parallèle d’instruments de mesure des propriétés optiques des aérosols en surface (aéthalomètre, néphélomètre) et sur la colonne atmosphérique par télédétection (photomètre, Lidar). Les données météorologiques couplées à différents outils statistiques ont permis de classer les espèces ayant une contribution locale et/ou régionale, et d’identifier les zones sources à l’origine des fortes concentrations. La modélisation sources-récepteur (PMF) a permis une analyse approfondie de la fraction organique des PM1, mettant en évidence une photochimie très active et l’influence d’activités anthropiques spécifiques (incinération de déchets, fumage de poisson). Nous avons pu caractériser, selon la saison, les types d’aérosols contribuant majoritairement à l’extinction des particules fines mesurée en surface à M’Bour, ainsi que mettre en évidence les liens/différences entre mesures de télédétection et propriétés chimiques/optiques des particules fines au cours des deux POI
The aim of this thesis consists in studying the chemical nature, the origins as well as the optical properties of aerosols in West Africa. We focused on establishing the links between the chemical composition of fine particles at surface and aerosols optical properties. Our study is based on measurements acquired during the SHADOW field campaign, implemented on the M’Bour (Senegal) site during two intensive observation periods: March to June 2015 (IOP-1) and November 2015 to January 2016 (IOP-2). For this purpose, an instrumentation allowing online chemical characterization of surface PM1 (ACSM, TEOM-FDMS, aethalometer), at high time resolution, was implemented in parallel with instruments measuring aerosols optical properties at surface (aethalometer, nephelometer) and along the atmospheric column by remote sensing (Lidar, photometer). The coupling of meteorological data with statistical tools allowed determining the local and/or regional contribution of the different species, and identifying the source areas responsible for the high concentrations observed on site. The source receptor model (PM) allowed to further investigate the submicronic organic fraction, highlighting a fast photochemistry and the influence of specific anthropogenic activities (waste burning, fish smoking). We were also able to characterize, per season, the type of aerosols contributing to the fine particle extinction measured at surface, as well as to show links/differences between remote sensing and surface chemical/optical properties of fines particles during the two IOP

Les méthodologies de traitement de données multidimensionnelles peuvent considérablement améliorer la connaissance des échantillons. Les techniques spectroscopiques permettent l’analyse moléculaire avancée d’échantillons variés et complexes. La combinaison des techniques spectroscopiques aux méthodes de chimiométrie trouve des applications dans de nombreux domaines. Les particules atmosphériques affectent la qualité de l’air, la santé humaine, les écosystèmes et jouent un rôle important dans le processus de changement climatique. L’objectif de cette thèse a été de développer des outils de chimiométrie, simples d’utilisation, permettant de traiter un grand nombre de données spectrales provenant de l’analyse d’échantillons complexes par microspectrométrie Raman (RMS) et spectroscopie d’absorption IRTF. Dans un premier temps, nous avons développé une méthodologie combinant les méthodes de résolution de courbes et d’analyse multivariée afin de déterminer la composition chimique d’échantillons de particules analysées par RMS. Cette méthode appliquée à l’analyse de particules collectées dans les mines en Bolivie, a ouvert une nouvelle voie de description des échantillons. Dans un second temps, nous avons conçu un logiciel facilement accessible pour le traitement des données IRTF et Raman. Ce logiciel inclue plusieurs algorithmes de prétraitement ainsi que les méthodes d’analyse multivariées adaptées à la spectroscopie vibrationnelle. Il a été appliqué avec succès pour le traitement de données spectrales enregistrées pour divers échantillons (particules de mines de charbon, particules biogéniques, pigments organiques)
Sufficiently adjusted, multivariate data processing methods and procedures can significantly improve the process for obtaining knowledge of a sample composition. Spectroscopic techniques have capabilities for fast analysis of various samples and were developed for research and industrial purposes. It creates a great possibility for advanced molecular analysis of complex samples, such as atmospheric aerosols. Airborne particles affect air quality, human health, ecosystem condition and play an important role in the Earth’s climate system. The purpose of this thesis is twofold. On an analytical level, the functional algorithm for evaluation of quantitative composition of atmospheric particles from measurements of individual particles by Raman microspectrocopy (RMS) was established. On a constructive level, the readily accessible analytical system for Raman and FTIR data processing was developed. A potential of a single particle analysis by RMS has been exploited by an application of the designed analytical algorithm based on a combination between a multicurve resolution and a multivariate data treatment for an efficient description of chemical mixing of aerosol particles. The algorithm was applied to the particles collected in a copper mine in Bolivia and provides a new way of a sample description. The new user-friendly software, which includes pre-treatment algorithms and several easy-to access, common multivariate data treatments, is equipped with a graphical interface. The created software was applied to some challenging aspects of a pattern recognition in the scope of Raman and FTIR spectroscopy for coal mine particles, biogenic particles and organic pigments

La combustion est l'une des principales sources d'émissions particulaires (PM) et de plusieurs polluants gazeux qui peuvent avoir des effets néfastes sur la santé humaine, l'environnement et le climat. Les travaux réalisés dans cette thèse visent à développer une procédure de mesure basée sur l'extinction optique pour contrôler les PM et/ou certains polluants gazeux produits par un système de combustion (e.g., moteur à combustion interne, turbine ou brûleur industriel). Ces travaux visent également à comprendre les liens qui peuvent exister entre la composition chimique et le coefficient d'extinction optique mesurés pour ces émissions. Pour réussir ce défi de mesure et éviter la complexité d'une configuration réelle de moteur, un banc de combustion modulaire a été construit dans lequel les polluants gazeux et les PM peuvent être contrôlés indépendamment. Ce dispositif expérimental a été équipé d'une version du générateur de suie miniCAST ayant la capacité de brûler des carburants liquides, permettant ainsi l'étude de l'impact de la composition chimique du carburant sur les propriétés physico-chimiques des particules de suie. Au total, 34 points de fonctionnement ont été caractérisés, balayant une large gamme de richesses globales de flamme (i.e., 0.104 - 1.673) en utilisant deux carburants différents (diesel B7 et dodecane). Les particules de suie produites par ce brûleur ont été caractérisées du point de vue des grandeurs morphologiques, des distributions de taille, des concentrations massiques, et enfin des coefficients d'extinction optique. L'ensemble de ces données ont ensuite servi à évaluer et intercomparer la fraction volumique des suies par trois méthodes différentes à savoir granulométrique (combinant la mesure de taille et la morphologie), massique, et optique.Par ailleurs, la composition chimique des produits de combustion du miniCAST a été étudiée afin de caractériser le contenu organique de la phase gazeuse et de la phase particulaire. Cette étude a été réalisée en combinant la chromatographie en phase gazeuse (GC), pour examiner les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) de faible masse dans la phase gazeuse, et la spectrométrie de masse par analyse de temps de vol d'ions secondaires (ToF-SIMS), pour caractériser les HAP cette fois-ci lourds dans les deux phases gazeuse et particulaire. Tout d'abord, cette étude a permis d'identifier les points de fonctionnement associés à la plus forte teneur en composés organiques. Par la suite, une corrélation a été observée entre la présence de ces HAP et le coefficient d'extinction optique. L'utilisation d'un catalyseur d'oxydation (catalytic stripper) sur les gaz d'échappement du brûleur a permis d'évaluer l'impact de ce traitement thermique à 350 °C sur la composition chimique des gaz d'échappement, sur les caractéristiques de taille et de morphologie des agrégats de suie, et par conséquent sur la mesure du coefficient d'extinction optique. Enfin, la mesure du coefficient d'extinction optique de PM et de polluants gazeux tels que NO, NO2 et/ou NH3 injectés d'abord séparément, puis simultanément a été réalisée pour évaluer l'interférence des polluants gazeux avec les PM et proposer une procédure permettant leur quantification simultanée.En conclusion, ce travail de thèse restitue une métrologie des émissions particulaires d'un générateur de suies du point de vue de la taille, la morphologie, la fraction volumique et le coefficient d'extinction optique, ainsi qu'une caractérisation détaillée de la composition chimique de la phase gazeuse et particulaire que ce générateur produit, et ce, sous différentes conditions opératoires. Grâce à la base de données expérimentale obtenue, ce travail de thèse propose une méthodologie de mesure et d'analyse des résultats pour le coefficient d'extinction optique et les spectres de masse ToF-SIMS pouvant être transposée à l'étude des bio-carburants ou des carburants synthétiques (e-carburants) dans un futur proche
Combustion is one of the main contributors to both particulate matter (PM) and several gaseous pollutants which may have harmful effects on human health, environment, and climate. The main goal of this PhD is to develop a measurement procedure based on optical extinction to monitor PM and/or some gaseous pollutants emissions produced by a combustion system (e.g., internal combustion engine, turbine or industrial burner). This work also aims to shed the light on the relationship between the chemical composition and the optical extinction coefficient measured for these emissions. To succeed in this measurement challenge and avoid the complexity of a real powertrain setup, a modular combustion bench has been built in which gaseous pollutants and PM can be monitored independently. This experimental setup was equipped with a version of the miniCAST soot generator that has the ability to burn liquid fuels, thus allowing the study of the impact of the chemical composition of the fuel on the physico-chemical properties of PM. A total of 34 operating points were characterized, spanning a wide range of flame overall equivalence ratio (i.e., 0.104 - 1.673) using two different fuels (diesel B7 and dodecane). The soot particles produced by this burner were characterized in terms of morphological key parameters, size distributions, mass concentrations, and optical extinction coefficients. All these data were then used to evaluate and intercompare the soot volume fraction using three different methods: granulometric (combining size measurement and morphology), mass, and optical.Furthermore, the chemical composition of the combustion products of the miniCAST was studied in order to characterize the organic content of the gas-phase and the particulate-phase. This study was carried out by combining gas chromatography (GC), to examine low mass polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the gas-phase, and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS), to characterize the heavy PAHs in both the gas- and particle-phases. These experiments allowed to identified the operating points associated with the highest content of organic compounds. Then, a correlation was observed between the presence of that organic content (mostly attributed to organic PAHs) and the optical extinction coefficient. The use of an oxidation catalyst (catalytic stripper) on the burner exhaust gases allowed to evaluate the impact of this thermal treatment at 350 °C on the chemical composition of the exhaust gases, on the size and morphology characteristics of soot aggregates, and consequently on the measurement of the optical extinction coefficient. Finally, the measurement of the optical extinction coefficient for PM and gaseous pollutants such as NO, NO2 and/or NH3 injected first separately and then simultaneously was performed to evaluate the interference of gaseous pollutants with PM and to propose a procedure allowing their simultaneous control.In conclusion, this thesis provides for a soot generator's PM emissions a detailed description of soot particles sizes, morphologies, soot volume fractions and optical extinction coefficient, as well as a detailed characterization of the chemical composition of the gas- and particulate-phase produced by this generator, under different operating conditions. Thanks to the experimental database obtained, this thesis proposes a methodology of measurement and analysis for optical extinction coefficients and for ToF-SIMS mass spectra which can be transposed to the study of bio-fuels or synthetic fuels (e-fuels) in the near future

Les méthodologies de traitement de données multidimensionnelles peuvent considérablement améliorer la connaissance des échantillons. Les techniques spectroscopiques permettent l’analyse moléculaire avancée d’échantillons variés et complexes. La combinaison des techniques spectroscopiques aux méthodes de chimiométrie trouve des applications dans de nombreux domaines. Les particules atmosphériques affectent la qualité de l’air, la santé humaine, les écosystèmes et jouent un rôle important dans le processus de changement climatique. L’objectif de cette thèse a été de développer des outils de chimiométrie, simples d’utilisation, permettant de traiter un grand nombre de données spectrales provenant de l’analyse d’échantillons complexes par microspectrométrie Raman (RMS) et spectroscopie d’absorption IRTF. Dans un premier temps, nous avons développé une méthodologie combinant les méthodes de résolution de courbes et d’analyse multivariée afin de déterminer la composition chimique d’échantillons de particules analysées par RMS. Cette méthode appliquée à l’analyse de particules collectées dans les mines en Bolivie, a ouvert une nouvelle voie de description des échantillons. Dans un second temps, nous avons conçu un logiciel facilement accessible pour le traitement des données IRTF et Raman. Ce logiciel inclue plusieurs algorithmes de prétraitement ainsi que les méthodes d’analyse multivariées adaptées à la spectroscopie vibrationnelle. Il a été appliqué avec succès pour le traitement de données spectrales enregistrées pour divers échantillons (particules de mines de charbon, particules biogéniques, pigments organiques)
Sufficiently adjusted, multivariate data processing methods and procedures can significantly improve the process for obtaining knowledge of a sample composition. Spectroscopic techniques have capabilities for fast analysis of various samples and were developed for research and industrial purposes. It creates a great possibility for advanced molecular analysis of complex samples, such as atmospheric aerosols. Airborne particles affect air quality, human health, ecosystem condition and play an important role in the Earth’s climate system. The purpose of this thesis is twofold. On an analytical level, the functional algorithm for evaluation of quantitative composition of atmospheric particles from measurements of individual particles by Raman microspectrocopy (RMS) was established. On a constructive level, the readily accessible analytical system for Raman and FTIR data processing was developed. A potential of a single particle analysis by RMS has been exploited by an application of the designed analytical algorithm based on a combination between a multicurve resolution and a multivariate data treatment for an efficient description of chemical mixing of aerosol particles. The algorithm was applied to the particles collected in a copper mine in Bolivia and provides a new way of a sample description. The new user-friendly software, which includes pre-treatment algorithms and several easy-to access, common multivariate data treatments, is equipped with a graphical interface. The created software was applied to some challenging aspects of a pattern recognition in the scope of Raman and FTIR spectroscopy for coal mine particles, biogenic particles and organic pigments

Etude de l'origine du comportement de la matiere organique dans l'estuaire du huang he et en mer de bohai. Trois environnements sont envisages: le fleuve, la zone de turbidite maximum, la zone marine. Des analyses d'hydrocarbures non aromatiques, d'acides gras, de lactones et d'organochlores sont menees sur les fractions dissoutes et particulaires et le sediment. Les empreintes terrigenes, anthropiques et biologiques sont discutees. L'utilisation de methodes statistiques appliquees aux acides gras permet de comprendre et confirmer l'origine de ces composes. Une evolution de la qualite de l'environnement a ete effectuee. On presente un etat de reference de quelques contaminants organiques dans l'estuaire du huang he

Les écosystèmes côtiers présentent une forte production biologique, soutenue par une grande diversité de sources de matière organique particulaire (autochtones : phytoplancton, microphytobenthos, phanérogames marines, macroalgues, épiphytes ; allochtones : apports continentaux), pouvant contribuer à la production secondaire. La diversité de ces sources complexifie de manière considérable le fonctionnement écologique des systèmes côtiers — e.g. cycles biogéochimiques, réseaux trophiques — et en rend sa compréhension difficile.Une étude spatio-temporelle réalisée en 2009 dans le Bassin d’Arcachon, une lagune semi-fermée qui abrite le plus grand herbier à Zostera noltii d’Europe, a été menée afin d'estimer l’origine et la composition des matières organiques particulaire en suspension (MOPS) et sédimentaire (MOS) et d'appréhender le devenir des différentes sources de matière organique dans le réseau trophique macrobenthique. Cette approche quantitative a été effectuée principalement à l’aide des rapports isotopiques et élémentaires (δ15N, δ13C et C/N) et/ ou des acides grasA l’échelle annuelle et en moyenne pour les trois stations étudiées, la MOPS est composée principalement de phytoplancton (48 ± 2%) mais aussi de matériel continental (19 ± 4%) et de microphytobenthos (16 ± 2%), les macroalgues et les phanérogames ne contribuant que peu (8 ± 1% et 5 ± 1%, respectivement). Cette composition, qui présente une saisonnalité (faible contribution du phytoplancton en hiver au profit des apports continentaux), est principalement dépendante du climat (température) et de l’hydrodynamique / hydrodynamique sédimentaire (apports continentaux, remise en suspension du sédiment). A l’échelle annuelle et en moyenne pour les six stations ayant fait l’objet du suivi annuel, la MOS est composée principalement de sources benthiques (phanérogames : 23 ± 3% ; microphytobenthos : 19 ± 1% ; macroalgues : 19 ± 5%), mais également de matériel continental (27 ± 8%) et de phytoplancton (11 ± 2%). A l’échelle de l’écosystème (étude printanière) la composition de la MOS est similaire — avec toutefois une plus forte contribution du phytoplancton, au dépend de la matière continentale. Elle est géographiquement homogène, ce que semble favoriser l’hydrodynamique du bassin d’Arcachon associée à sa faible profondeur. La principale différence spatiale apparaît entre le sédiment subtidal (faible contribution des macrophytes au profit du matériel continental) et le sédiment de l’herbier intertidal. L’étude des voies de transfert trophique de la matière organique particulaire a mis en évidence une organisation trophique complexe avec l’existence de sous-groupes au sein des déposivores d’interface et des brouteurs. A l’échelle annuelle et à l’échelle du Bassin d’Arcachon, le microphytobenthos et les phanérogames (incluant leurs épiphytes) soutiennent 90% de la production macrozoobenthique. Cette production secondaire est principalement effectuée par les déposivores (60%). Une forte bactérivorie a été mise en évidence notamment chez les déposivores et chez le suspensivore invasif Crepidula fornicata. Les bactéries représentent ainsi un intermédiaire important dans le transfert de MOP des producteurs primaires vers les consommateurs primaires. Toutefois la pression trophique qu’exercent les consommateurs primaires de la macrofaune benthique sur les producteurs primaires est relativement modeste puisque le macrozoobenthos n’absorbe que 10% de la production primaire totale du système, ce qui rend cette dernière potentiellement disponible pour d’autres compartiments biologiques. Malgré cela l’herbier à Zostera noltii représente une ressource importante pour la macrofaune benthique. Dans le contexte de sa régression, une disparition de l’herbier engendrerait une diminution de la biomasse du macrozoobenthos
Abstract

Le but de ce travail est l'investigation structurale de la fraction lipides complexes presente dans les sols. La premiere partie de cette etude a concerne la matiere organique d'une tourbe acide qui tend a s'accumuler, et plus particulierement les lipides macromoleculaires, qui par opposition aux lipides simples ne sont pas directement analysables. Des methodes de degradation par pyrolyse et thermochimiolyse preparatives ont ete mises en oeuvre. Ces techniques rapides d'analyse evitent l'application successive de reactions de degradations chimiques selectives longues. Elles ont confirme le caractere aliphatique des lipides complexes. Elles ont mis en evidence un nombre important de composes constitutifs des macromolecules lipidiques, qui apparaissent formees de biopolymeres (herites de vegetaux ou de bacteries) et de chaines carbonees reticulees par des liaisons ether ou ester, composant ainsi une matrice complexe. Dans une deuxieme partie, la biodegradation de lipides traceurs (hydrocarbure, alcools et triglyceride) a ete suivie dans differents echantillons de sols, afin de mettre en evidence l'incorporation eventuelle de ces lipides ou molecules derivees, dans les lipides macromoleculaires. Parallelement, une etude de terrain a concerne le devenir de graisses presentes dans les effluents d'une industrie agro-alimentaire. La methode de thermochimiolyse analytique a fait apparaitre le transfert rapide, de lipides simples issus de l'effluent ou des molecules additionnees au sol, dans les lipides macromoleculaires. L'arret des epandages montre que cette incorporation est reversible. Ces travaux ont aussi montre que les echanges etaient plus lents entre les lipides simples et les acides humiques. Cette etude a permis de determiner les mecanismes de transformation et les modes d'incorporation, des differents composes xenobiotiques, dans les sols et confirme la necessite d'etudier les fractions complexes lorsqu'on souhaite etablir le bilan du carbone organique.

L'origine de la matière organique insoluble des météorites et des gaz rares associés est très mal comprise. Des expériences ont été effectuées lors de cette thèse afin de mieux cerner les environnements plausibles de formation. L'adsorption physique basse pression permet de reproduire les abondances et le fractionnement élémentaire des gaz rares pour un intervalle de température de 80-100 K mais ne permet pas de rendre compte de la forte rétention des gaz rares dans la matière organique. De plus, les phénomènes d'adsoprtion n'induisent pas un fractionnement isotopique mesurable. Une expérience de solvatation sur la matière organique insoluble d'Orgueil (CI) révèle le piégeage dans le volume des gaz rares P1. Ces résultats suggèrent un piégeage d'origine mécanique de ces gaz dans la structure organique. Deux mécanismes ont ainsi été testés pour reproduire ces caractéristiques. La sublimation-condensation de matière organique sous atmosphère de xénon ionisé permet de rendre compte du fractionnement isotopique de 1 %/uma observé pour les gaz rares P1 par rapport à la composante solaire. Ces résultats démontrent la possibilité de produire les caratéristiques du pôle P1 à partir d'une nébuleuse de compositon solaire. Cependant, ce mécanisme ne permet pas de reproduire les di-radicaux observés dans la matière organique insoluble des météorites par résonance paramagnétique électronique. Ce résultat tend à favoriser une origine interstellaire de la matière organique des météorites. A ce titre, un autre mécanisme a été étudié : le changement de phase nanodiamants oignons de carbone. Les nanodiamants représentent une importante quantité du carbone interstellaire et peuvent subir une transformation en oignons de carbone sous des conditions thermiques ou d'irradiations intenses. Des expériences de chauffage de nanodiamants sous une atmosphère de xénon ont été réalisées. Elles révélent la très grande rétention thermique du xénon piégé dans la nouvelle structure avec une température maximum de relâche située à 800°C. Outre leur très grande stabilité thermique, les oignons de carbone ont été observés dans les météorites et leur lien génétique avec les nanodiamants en font un des candidats les plus sérieux au titre de porteur des gaz rares P1.

Les matières en suspension (MES) sont constituées de colloïdes et particules et sont couramment décrites comme des agrégats hétérogènes formées de phases minérales, organiques et biologiques et possédant une forte réactivité de surface. Cette étude vise à étudier l’évolution de composition spatiale et temporelle des MES de la rivière Moselle (Lorraine, France) et également d’étudier la réactivité des MES vis-à-vis de contaminants métalliques. Les MES ont été collectées à différentes stations le long de la rivière Moselle et selon différents régimes hydriques. Des études microscopiques et macroscopiques ont été réalisées dans le but de caractériser les MES. Les résultats ont montré que la composition minérale des MES était relativement constante (1) le long de la Moselle (2) durant différents régimes hydriques et que la géologie du bassin versant contribuait grandement à la composition des MES. Les affluents de la Fensch et de l’Orne, deux rivières impactées par l’héritage industriel ont cependant montré la présence de particules d’origine anthropique. Cette étude a également montré le rôle majeur des MES dans le transport des TMEs et REEs quel que soit le débit. La caractérisation organique des MES a également montré des variations atténuées révélant l’aspect intégrateur d’un bassin versant de cette taille. Des variations saisonnières ont tout de même été observées avec une production autochtone plus élevée durant l’été. L’augmentation du débit a engendré une diminution de la teneur en matière organique ainsi que la présence d’une matière organique plus dégradée. Hormis les stations sur la Fensch et l’Orne, les propriétés de surface des MES sont homogènes, en relation avec la composition des particules. Les études ont également montré que le zinc s’associait de manière différente selon la quantité de zinc en solution. Enfin, l’étude comparée du mode d’association du zinc sur les composés modèles et les MES naturelles a montré la contribution des phyllosilicates dans le transport du zinc
Suspended Particulate Matter (SPM) in rivers, are constituted of colloidal and particulate matter, and described as heterogeneous aggregates of mineral, organic and biological phases which display high and reactive surface area. This study aimed to investigate the spatial and temporal composition evolution (Mineral and organic) of SPM along the Moselle River (Lorraine, France). SPM were collected at different stations along the river and at different regime flow. Macroscopic and microscopic studies were performed in order to characterize natural SPM. The second objective was to investigate the reactivity of SPM toward metallic contaminants. The results showed that the grain size distribution, elemental composition and mineralogy of SPM along the Moselle River and during different regime flow showed only slight variations, except for the Fensch and Orne tributaries, two rivers that were impacted by inherited steel making industrialization and different land use. The results also revealed that the catchment geology greatly contributed to the SPM composition in the river and highlighted the fact that SPM play a high contribution in TMEs and REEs transportation. The SPM organic matter characterization also showed slight variations through the catchment revealing the diffuse pollution in a catchment of this size. Seasonal variations were observed with strong autochthonous production during low flow level in summer. Regime flow increase resulted in the decrease of TOC content and in the presence of more degraded OM. Except for Fensch and Orne stations, surface properties of SPM are similar in relation with SPM composition. This study also showed that Zn association mode differed with different Zn concentrations. The comparison between Zn association mode on lab controlled particles and natural SPM revealed the contribution of phyllosilicates in zinc transport