Tesis: "Cycles du carbone et de l’azote"

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Moinard, Victor. "Conséquences de l’introduction de la méthanisation dans une exploitation de polyculture-élevage sur les cycles du carbone et de l’azote. Combinaison de l’expérimentation et de la modélisation à l’échelle de la ferme". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2021. http://www.theses.fr/2021UPASB049.

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La méthanisation agricole des effluents animaux est une pratique en fort développement en France. Elle produit de l’énergie renouvelable (biogaz). La valorisation des digestats au champ, comme celle des effluents non méthanisés, permet le retour au sol de nutriments et de matière organique, ce qui diminue le besoin en engrais minéraux et entretient les stocks de C des sols. Le traitement et l’épandage de ces produits peut aussi induire l’émission de gaz à effet de serre et de contaminants. La méthanisation agricole influence ces impacts : pour les maitriser, il faut comprendre comment la digestion des effluents avec des déchets importés modifie les cycles du C et du N à l’échelle de la ferme. Cette question a été traitée en s’appuyant sur un cas d’étude à l’INRAE de Nouzilly (Centre – Val de Loire) : une exploitation agricole avec un méthaniseur traitant les effluents de son élevage bovin et divers déchets organiques. Lors de l’essai au champ MétaMétha, nous avons comparé les flux d’azote au cours d’une rotation culturale fertilisée avec des engrais minéraux, des lisiers et fumiers bovins, ou des digestats issus de ces effluents. Les digestats se substituent bien aux engrais minéraux, mais ils sont sensibles à la volatilisation d’ammoniac (NH3). Les vers de terre peuvent être négativement impactés juste après l’épandage de digestat ou de lisier, mais les effets sont similairement positifs après 2 ans d’apports de matière organique. Nous avons ensuite évalué les modèles STICS et SYS-Metha pour simuler respectivement l’essai au champ et le traitement des digestats. Ces modèles ont été couplés pour simuler les flux de C et N à l’échelle de la ferme. Avec de forts imports de déchets, la méthanisation favorise la substitution des engrais minéraux, le stockage de C dans les sols, mais aussi les émissions de NH3. Ce travail permet de mieux évaluer les conséquences de l’introduction d’un méthaniseur dans une exploitation agricole et ainsi d’optimiser la filière
The anaerobic digestion (AD) of animal effluents is strongly developing in France. It produces renewable energy (biogas). Like undigested effluents, the use of anaerobic digestates in the field enables the recycling of nutrients and organic matter in the soil, which decreases the need for synthetic fertilizers and maintains soil organic carbon stocks. However, the treatment and field application of those organic products can also cause greenhouse gas emissions and contaminants. The on-farm AD nfluences those impacts. In order to control them, we need to understand how the co-digestion of animal effluents with imported organic wastes influences C and N cycles at the farm scale. We studied this question with the support of a case study at INRAE in Nouzilly (Centre – Val de Loire, France): a crop and livestock farm where an anaerobic digester treats the cattle effluents together with imported wastes. During the MetaMetha field experiment, we compared N fluxes during a crop rotation that was fertilized with synthetic N fertilizers, undigested cattle slurry and farmyard manure, or digestates issued from their digestion. We found that digestates can substitute synthetic fertilizers, despite the risk of ammonia (NH3) emissions. Earthworms can be negatively impacted just after the application of digestate of slurry, but the input of organic matter induced similar positive impacts after two years. We then evaluated the STICS and SYS-Metha models to simulate the field experiment, and digestate treatment and storage, respectively. Both models were coupled to simulate C and N fluxes at the farm scale. The models showed that when large amounts of digested wastes are imported, AD promotes substitution of synthetic N fertilizers and storage of soil organic C, but also NH3 emissions. The study enabled us to better evaluate the consequences of the on-farm AD and therefore to optimize the sector

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Cailleaud, Emilie. "Cycles du carbone et de l’azote et émissions de gaz à effet de serre (CH4, CO2 et N2O) du lac de barrage de Petit Saut et du fleuve Sinnamary en aval du barrage (Guyane Française)". Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30379.

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Les eaux continentales sont des sources de méthane (CH4), de dioxyde de carbone (CO2)et de protoxyde d’azote (N2O). Dans le but de préciser leur importance dans le bilan global des émissions de gaz à effet de serre (GES), de nombreuses études ont été réalisées afin de quantifier les différents flux de carbone et d’azote les parcourant. Ces flux sont perturbés par la mise en place de barrages sur le lit des fleuves. Peu d’études présentent des bilans de carbone et d’azote complets (apports, exports, flux vers l’atmosphère et enfouissement) pour les lacs de barrages, et elles concernent uniquement des écosystèmes boréaux et tempérés. Suite à la création d’un barrage, de la matière organique (MO) est mise en eau (sols et forêts), elle se dégrade rapidement les premières années suivant la mise en eau puis plus lentement par la suite. L’état de dégradation de la MO et la principale source de GES dans un lac de barrage près de 20 ans après la mise en eau sont souvent méconnus. L’étude réalisée 18 ans après la mise en eau du lac de Petit Saut (Guyane Française) est la première étude où les principaux éléments des cycles du carbone et de l’azote d’un lac de barrage hydroélectrique, et de son fleuve en aval, situé en climat équatorial et dont la création a entraîné la mise en eau de forêt primaire, sont étudiés près de 20 ans après la mise en eau. Cette étude se base sur (i) la mesure mensuelle de la qualité des eaux et des concentrations en carbone et azote en amont, dans, et en aval du lac de barrage, (ii) la mesure et/ou le calcul des différents flux de GES vers l’atmosphère, (iii) des données de la signature isotopique et de l’état de dégradation de la MO en amont, dans, et en aval du lac, (iv) des prélèvements de sédiments et de troncs d’arbres ennoyés en 1994 et (v) des incubations d’eau du fleuve, de sédiments et de troncs d’arbres du lac. L’ensemble des données collectées au cours des 12 mois de campagnes réalisées en 2012 - 2013 nous a permis de déterminer que (i) les sols inondés sont toujours des sources significatives de GES contrairement aux troncs d’arbres ennoyés, (ii) dans le lac 84 % des émissions de CH4 et 51 % des émissions de CO2 ont lieu dans la zone littorale (< 10 m de profondeur), (iii) 54 % du CO2 produit dans le fleuve en aval provient de la dégradation de la MO apportée par le lac. Cette étude nous a aussi permis de réaliser des bilans de carbone et d’azote à Petit Saut et un bilan des émissions de chacun des GES émis (CH4, CO2, N2O) près de 20 ans après la mise en eau
Inland waters are sources of methane (CH4), carbon dioxide (CO2) and nitrous oxide (N2O). In order to define their importance in the global balance of greenhouse gases (GHG) emissions, numerous studies have been conducted to quantify the different fluxes of the carbon and nitrogen browsing them. These fluxes are modified by the creation of dams on river beds. Few studies present full carbon and nitrogen balances (inputs, outputs, fluxes to the atmosphere and sequestration) for reservoirs, and they concern only boreal and temperate ecosystems. The creation of a dam floods organic matter (OM) (soils and forests), which is rapidly degraded the first years following the impoundment and thereafter more slowly. The state of degradation of the OM and the main source of GHG in a reservoir nearly 20 years after impoundment are often unknown. The study conducted 18 years after the impoundment of the Petit Saut Reservoir (French Guiana) is the first study where the main elements of carbon and nitrogen cycles of an hydroelectric reservoir, and its river downstream, located in equatorial climate and which creation resulted in the flooding of primary forest, are studied nearly 20 years after impoundment. This study is based on (i) a monthly measurement of water quality and carbon and nitrogen concentrations upstream, in, and downstream of the reservoir, (ii) measurements and/or calculations of the different fluxes of GHG through the atmosphere, (iii) data of the isotopic signature and of the state of degradation of OM upstream, in, and downstream of the reservoir, (iv) sediments and 1994’s flooded tree trunks sampling and (v) incubations of downstream river water, sediments and tree trunks from the reservoir. All the data collected during the 12 months of campaigns carried out in 2012 - 2013 allowed us to determine that (i) flooded soils are still significant sources of GHG unlike flooded tree trunks, (ii) in the reservoir 84 % of CH4 emissions and 51 % of CO2 emissions occur in the littoral zone (< 10 m depth), (iii) 54 % of the CO2 produced in the river downstream of the dam come from the degradation of the OM provided by the reservoir. This study also allowed us to achieve carbon and nitrogen balances in Petit Saut and emission balance of each GHG emitted (CH4, CO2, N2O) nearly 20 years after impoundment

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Dembélé, Oupré Claude. "Dynamique de l’azote et du carbone lors de la décomposition de trois légumineuses utilisées comme cultures de couverture". Master's thesis, Université Laval, 2019. http://hdl.handle.net/20.500.11794/40302.

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Les couvertures de couverture (CC) sont des plantes utilisées périodiquement pour couvrir le sol et qui sont ensuite enfouies dans le sol pour enrichir celui-ci par l’augmentation de la quantité de matière organique à la suite d’un retour de résidus végétaux. Cette utilisation se fait généralement de deux façons : semées après ou avant la culture principale (en dérobée) ou semées en même temps que la culture principale (en intercalaire). Ce projet de recherche avait pour objectif général de déterminer l’effet des espèces de CC et des parties végétales (racines et parties aériennes) sur la décomposition de ces plantes enfouies dans le sol. Dans une expérience factorielle en tiroirs de 3 x 2 x 6 avec quatre blocs aléatoires complets, les parties aériennes et racinaires de trois espèces de CC dont le pois fourrager (Pisum sativum L.), le trèfle rouge (Trifolium pratense L.) et la vesce commune (Vicia sativa L.) ont été enfouies dans le sol, par la technique des sacs de résidus. Des sacs ont été prélevés à 0, 10, 20, 30, 60 et 90 jours après placement au champ. Initialement, la partie racinaire de la vesce commune était la plus riche en azote (N) tandis que la partie aérienne du trèfle rouge était la plus riche en N. Nos résultats démontrent que l’azote contenu dans les racines des CC se libère plus lentement que celui des parties aériennes. Le trèfle rouge est l’espèce qui s’est décomposée le plus rapidement. Après 90 jours de décomposition, il ne restait que 20 % et 11 % de la biomasse initiale pour le pois fourrager et la vesce commune, et le trèfle rouge, respectivement. La partie racinaire des CC était plus riche en N que leur partie aérienne. Nous n’avons pas trouvé de corrélation entre la biomasse et les paramètres de qualité des CC (N, carbone (C), C:N).

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Catteau, Simon. "Effets du carbone et de l’azote sur les cinétiques de décomposition de l’austénite dans un acier faiblement allié : étude expérimentale et modélisation". Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0390/document.

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Le traitement thermochimique de carbonitruration suivi d’une trempe est couramment utilisé pour améliorer la résistance à l’usure et à la fatigue de pièces mécaniques. Mais les origines de ce gain de propriétés mécaniques ne sont pas bien connues. La thèse a pour objectif de caractériser et modéliser, pour un acier faiblement allié 23MnCrMo5, l’influence de la concentration en carbone et en azote de l’austénite sur les cinétiques de transformations de phases au refroidissement, les microstructures résultantes et les duretés. Dans un premier temps, la démarche expérimentale repose sur l’élaboration d’éprouvettes enrichies de manière homogène par voie thermochimique en carbone, azote et carbone+azote, grâce à un nouveau procédé. Ensuite, les cinétiques de transformation et les évolutions microstructurales sont étudiées par dilatométrie, par diffraction des rayons-X haute énergie in situ (rayonnement synchrotron) et par MET. L’introduction d’azote induit une forte accélération des cinétiques de transformation et des microstructures plus fines notamment dans le domaine haute température (500_C - 700_C), que nous attribuons à la germination de la ferrite sur des nitrures CrN qui précipitent dans l’austénite pendant l’enrichissement. Les duretés sont par ailleurs beaucoup plus élevées que dans des échantillons enrichis en carbone. La DRX in situ a aussi permis d’identifier l’évolution des différentes phases (austénite, ferrite, cémentite, CrN) et leur chronologie pendant la transformation bainitique. Enfin, un modèle de prédiction des cinétiques de transformations de phases est construit pour simuler les profils de microstructures et de duretés dans des couches enrichies en carbone et/ou azote, conduisant à un relativement bon accord entre simulation et expérience
Carbonitriding thermochemical treatments followed by quench are commonly employed to improve wear and fatigue resistance of mechanical parts. However, the origin of this gain of mechanical properties is not well known. The objective of this PhD thesis is to characterize and to model, for a low-alloyed 23MnCrMo5 steel, the influence of austenite carbon and nitrogen concentrations on phase transformations kinetics during cooling. As a first step, the experimental procedure is based on the elaboration of specimens homogeneously enriched in carbon, nitrogen or carbon+nitrogen, thanks to a specifically designed process. Then, phase transformation kinetics and microstructural evolutions are studied by dilatometry, by high-energy synchrotron X-ray diffraction and by TEM. The introduction of nitrogen induces a strong acceleration of the phase transformation kinetics and much finer microstructures, in particular in high temperature range (500_C - 700_C). We attribute these effects to the nucleation of ferrite on CrN nitrides, which precipitated in austenite during the enrichment. In addition, the hardnesses are much higher than in specimens enriched in carbon. In situ XRD also allowed identifying the evolutions of the different phases (austenite, ferrite, cementite, CrN) and their chronology during the bainitic transformation. Finally, a model to predict the phase transformation kinetics is developed inorder to simulate the microstructure and hardness profiles inside layers enriched in carbon and/or nitrogen, leading to satisfactory agreement between simulation and experiments

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Suan, Guillaume. "Changements climatiques, cycle du carbone et production carbonatée au Pliensbachien-Toarcien". Lyon 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LYO10194.

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Les relations entre changements climatiques, variations du cycle du carbone et production carbonatée au cours du Pliensbachien et du Toarcien sont étudiées à partir de données géochimiques, sédimentologiques et paléontologiques acquises au Portugal, en Italie et en Sibérie du Nord. La reconstitution des températures marines à partir de l’analyse des rapports isotopiques de l’oxygène de coquilles de brachiopodes révèle des phases successives et marquées de refroidissement et de réchauffement. L’étude des nannofossiles calcaires et des teneurs en carbonates indiquent que les périodes de réchauffement correspondent à des crises drastiques de la production carbonatée et d’extinction, à la fois dans les domaines néritiques et pélagiques. Les fluctuations d’ampleur globale des rapports isotopiques du carbone indiquent un contrôle probable de ces phases de réchauffement par des variations de la teneur en CO2 atmosphérique, certainement causées par des phases de volcanismes intense en Afrique du Sud et en Antarctique
The relationships between changes in climate, carbon cycling and carbonate production in the Pliensbachian-Toarcian are investigated using geochemical, sedimentological and paleontological data acquired in Portugal, Italy and northern Siberia. Reconstructions of seawater temperatures inferred from the oxygen isotope composition of brachiopod shells reveal successive and marked cooling and warming episodes. The analysis of calcareous nannofossils and carbonate contents indicate that warming episodes corresponded to drastic carbonate production decline and extinction in both neritic and pelagic settings. Global variations in carbon isotope ratios indicate that warming events were probably controlled by atmospheric CO2 concentrations, likely caused by episodes of intense volcanism in South Africa and in Antarctica

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Bekayo, N. Derla. "Effet des alternances dessiccation-réhumidification des sols sur la minéralisation du carbone et de l’azote des sols : importance et origine du surcroît de minéralisation". Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1988. http://www.theses.fr/1988NAN10195.

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L'étude est réalisée in vitro sur deux types de sols et à deux stades d'activité biologique. L’importance du flush de minéralisation du carbone du à la dessiccation-réhumidification est fonction de l'activité biologique au moment de la dessiccation. Le surcroit de CO2 provient partiellement des cadavres microbiens triés par la dessiccation et de matériel non vivant rendu minéralisable. Le flush de minéralisation de l'azote est relativement plus faible : il est contrôlé par la réorganisation qui a lieu lors de la réhumidification du sol et semble provenir des cadavres microbiens et de leurs métabolites

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Gilson, Angelique. "Dynamique saisonnière et répartition du Carbone et de l’Azote : de l’organe au peuplement. Rôle des réserves et effets de l’âge chez le chêne sessile (Quercus petraea)". Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112038/document.

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Dans le but de progresser dans la compréhension des fonctionnements carboné et azoté des arbres, ce travail a consisté à étudier les effets de l’âge sur les dynamiques saisonnières ainsi que sur les quantités des réserves carbonées et azotées de l’arbre.Cette étude a été réalisée in situ chez une chronoséquence composée de trois classes d’âge de chênes sessiles (8, 20 et 150 ans). La dynamique saisonnière des concentrations en composés carbonés et azotés de réserve a été étudiée durant une année chez les jeunes branches et les racines moyennes et fines, en ciblant les points d’échantillonnage sur des dates phénologiques et de croissance clés de l’arbre. La quantification des réserves a été permise grâce à l’estimation des biomasses vivantes des différents organes de l’arbre. L’étude des effets de l’âge sur les quantités des réserves carbonées et azotées et leur répartition au sein de la biomasse a été réalisée à l’échelle de l’arbre dominant et à l’échelle du peuplement.Avec l’âge, la dynamique saisonnière de formation des réserves carbonées est modifiée. Les jeunes arbres allouent préférentiellement le C à la croissance, le stockage n’ayant lieu qu’à la fin de la croissance du bois. Chez les arbres matures, la croissance et le stockage se font conjointement au cours de la saison de végétation. La dynamique saisonnière des réserves azotées n’est globalement pas différente entre les trois classes d’âge : le minimum des réserves est observé en été et le maximum après le jaunissement. Les arbres matures ont des concentrations en acides aminés plus importantes que les deux autres classes d’âge, ce qui pourrait être relié à une plus grande biomasse de racines fines et un plus fort taux de mycorhization au stade mature, permettant une meilleure exploration du sol et une meilleure nutrition minérale.Les quantités de réserves carbonées et azotées de l’arbre dominant et du peuplement augmentent avec l’âge. La répartition des réserves dépend principalement de celle de la biomasse vivante entre les différents organes. Le tronc stocke ainsi la majorité des composés carbonés et azotés non structuraux de l’arbre et du peuplement, quel que soit l’âge. Toutefois, les concentrations en composés de réserve ont un effet non négligeable sur la localisation des réserves au sein de l’arbre car la répartition des réserves carbonées et azotées peut être différente de celle des biomasses vivantes. Par cette étude, nous mettons en évidence que l’allocation des composés carbonés non structuraux au stockage dans les grosses racines et les branches augmente progressivement avec l’âge de l’arbre.Les résultats de cette étude permettent ainsi de montrer une évolution dans la gestion du C et de l’N avec l’âge de l’arbre
In order to progress in the comprehension of tree carbon and nitrogen functioning, this work studies tree age effects on seasonal changes and quantities of carbon and nitrogen reserves.This study was performed in situ in a chronosequence of three different ages of sessile oaks (8, 20 and 150 years old). Seasonal dynamics of carbon and nitrogen compound concentrations was studied for one year in young branches and fine and medium roots, at key phenological and growth stages. The reserve quantification was possible thanks to the estimation of the living biomass of the tree different organs. The study of age effects on carbon and nitrogen reserve quantities and their distribution within the tree biomass was realized at the dominant tree scale and the stand scale.Seasonal dynamics of carbon reserve formation changes with ageing. Young trees allocate preferentially C to growth; C storage begins only after the end of wood growth. In mature trees, growth and storage occur at the same time during the vegetative period. Seasonal dynamics of nitrogen reserves is overall not different between the three age classes: the minimum nitrogen reserve is observed in summer and the maximum one after yellowing. Mature trees have higher amino acid concentrations, which could be explained by a higher fine root biomass and a higher mycorrhization rate at mature stage, allowing a better soil exploration and mineral nutrient.Carbon and nitrogen reserve quantities of the dominant tree and stand increase within age. Reserve distribution mainly depends on the living biomass distribution between the different organs. Stem stocks the majority of tree and stand carbon and nitrogen reserves for the three age classes. However carbon and nitrogen compound concentrations have an important effect on the reserve localization in tree because carbon and nitrogen reserve distribution can be different from the living biomass one. With this study, we show that carbon compound allocation to storage in coarse roots and branches increase progressively with tree age.The results of this study highlight an evolution in C and N management with tree age

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Hatton, Pierre-Joseph. "Séquestration du carbone et de l’azote des feuilles de hêtre dans les associations organo-minérales du sol : Approches macroscopiques, nanométriques & moléculaires". Electronic Thesis or Diss., Paris, AgroParisTech, 2012. http://www.theses.fr/2012AGPT0050.

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Les associations organo-minérales jouent un rôle prépondérant dans la séquestration à long terme des matières organiques des sols forestiers, mais les contributions des différents types d’association organo-minérale à la stabilisation, ainsi que les processus microbiens qui en sont responsables, restent mal connus. Pour y remédier, des techniques de traçage isotopique ont été combinées à la séparation densitométrique séquentielle des associations organo-minérales. Ces dernières ont été investiguées in et ex situ, à différentes échelles spatiales (macroscopique, submicrométrique et moléculaire) et temporelles (de 8 heures à 12 ans).Quatre types d’association organo-minérale ont été distingués : les débris végétaux associés à quelques rares minéraux, les agrégats végétaux, les agrégats microbiens et les grains minéraux. Le traçage isotopique du carbone et de l’azote dérivés des litières de feuilles a mis en évidence, à l’échelle de la décennie, des transferts entre les différentes associations organo-minérales. Tous deux entrent dans le sol sous forme de fragments végétaux, puis migrent progressivement vers les agrégats végétaux et microbiens. Les agrégats apparaissent pertinents pour la stabilisation du carbone et de l’azote à l’échelle décennale. Une petite fraction du carbone et de l’azote apparaît rapidement stabilisée dans les grains minéraux denses. Nos observations du devenir du 15N indiquent que l’activité des microorganismes du sol est responsable de ces transferts. Les fragments de feuilles colonisés par les microorganismes sont progressivement incorporés dans les agrégats végétaux. A mesure que la décomposition se poursuit, les agrégats végétaux se disloquent pour former des agrégats plus stables, plus pauvres en matières organiques, plus enrichis en produits microbiens et plus compacts : les agrégats microbiens. La stabilisation microbienne a été étudiée aux échelles macroscopique, submicrométrique et moléculaire, principalement par NanoSIMS et LC-IRMS. Elle opère (i) directement par immobilisation dans les cellules microbiennes et (ii) indirectement via une abondante production de métabolites extracellulaires. La calibration des C/N obtenus par NanoSIMS a permis de déterminer qu’ils sont stabilisés dans les associations organo-minérales sans contrôle apparent de la chimie des matières organiques. L’incorporation du 13C dans les sucres aminés, biomarqueurs des biomasses bactériennes et fongiques, indique que les microorganismes vivants croissent où la ressource se trouve. Ils s’accumulent dans les agrégats microbiens via les processus de transfert précédemment évoqués. Ce travail souligne l’importance des agrégats pour la séquestration du carbone et de l’azote dérivés des litières à l’échelle de la décennie. Il met également en évidence le rôle des microorganismes dans les transferts et la stabilisation du carbone et de l’azote dérivés des feuilles au sein d’associations organo-minérales
Organo-mineral associations play a key role in the long-term sequestration of organic matter in forest soils. However, knowledge about the contribution of the different types of organo-mineral associations and the microbial processes involved in soil organic matter stabilisation is scant. To solve it, stable isotope techniques have been combined with the sequential density fractionation of organo-mineral associations. Isolated fractions were investigated in field and in lab, at different temporal (from 8 hours to 12 years) and spatial scales (macro-, submicron- and molecular scales).Four types of organo-mineral associations were distinguished: plant debris with little mineral attached, plant aggregates, microbial aggregates and mineral grains. Isotopically labeled beech leaf litters were tracked at a decadal time-scale to reveal transfers in between organo-mineral associations. Both litter-derived carbon and nitrogen entered the soil as plant fragments to progressively pass through plant and microbial aggregates. Aggregates appeared particularly meaningful for the stabilisation of litter-derived carbon and nitrogen at a decadal time-scale. Little of the litter-derived carbon and nitrogen was found quickly stabilized to mineral grains. Microbial activities appeared as a major controlling factor for the evolvement of organo-mineral associations, responsive for the transfers of litter-derived carbon and nitrogen. Indeed, plant debris colonized by microorganisms are progressively trapped into plant aggregates. As decomposition proceeds, plant aggregates disrupt into denser microbial aggregates. These aggregates are loaded with lesser organic matter, but enriched in stable microbial materials.Stabilisation by soil microorganisms has been studied at the macro-, submicronand molecular- scales, using mostly NanoSIMS and LC-IRMS. Microbial stabilization operated (i) directly through immobilization in microbial cells and, (ii) indirectly through large production of extracellular microbial products. By calibrating the NanoSIMS for accurate C/N ratios, extracellular microbial products have been shown to be stabilized onto organo-mineral associations without apparent control of the mineral-attached organic matter chemistry. The incorporation of 13C tracers into amino sugars, biomarkers of bacterial and fungal biomasses, revealed that living microorganisms grow where the resource is, but accumulate in microbial aggregates. Microbial biomasses moved from plant debris to microbial aggregates, likely along with the transfers of decaying litter residues as described above.This work points aggregates as meaningful organo-mineral associations for the sequestration of litter-derived carbon and nitrogen at the decadal time-scale. It also revealed the role of microorganisms in the transfers and stabilization of litterderived carbon and nitrogen within organo-mineral associations

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Caffin, Mathieu. "Devenir de la fixation d'azote et export de carbone dans l'océan Pacifique tropical sud-ouest". Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0475/document.

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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

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Cros, Camille. "Régulations microbiennes et rhizosphériques des cycles du carbone et de l'azote dans les systèmes de culture conventionnels et innovants". Thesis, Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020), 2019. http://www.theses.fr/2019CLFAC005/document.

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La présence de plantes accélère la décomposition de la matière organique du sol (MOS) au travers de l’apport de composés riches en énergie (rhizodépôts et litières) stimulant les microorganismes ; un phénomène appelé « rhizosphere priming effect » (RPE). Une augmentation de la photosynthèse, activité pourvoyeuse d'énergie rhizodéposée, pourrait augmenter le RPE et l’offre du sol en nutriments. Récemment, le modèle SYMPHONY couplant activités photosynthétiques et microbiennes du sol suggère un ajustement de l'offre du sol en nutriments (delta minéralisation-immobilisation) à la demande des plantes. Cependant, le rôle clé de la photosynthèse sur cet ajustement offre-demande reste à étudier expérimentalement.L’objectif général de la thèse est d'étudier le rôle des interactions des activités photosynthétiques et microbiennes du sol dans les régulations des flux de carbone (C) et d'azote (N) des écosystèmes. Trois écosystèmes types ont été étudiés : la prairie, la monoculture de blé et un nouveau système de culture (NSC) associant blé et plantes pérennes de la prairie. Nous émettons l’hypothèse que les plantes pérennes, via une activité photosynthétique pourvoyant les microorganismes en énergie tout au long de l'année, sont essentielles à l'ajustement offre-demande en N. De nombreux défis techniques ont été relevés afin de construire une plateforme expérimentale de 40 mésocosmes sous éclairage et température naturels. Cette plateforme permet de coupler marquage 13C des plantes, mesures continues des échanges de CO2, du RPE, de la production végétale, du stockage de C du sol, le taux de minéralisation-immobilisation d'N et du lessivage d'N. Ce dispositif nous a permis de déterminer la contribution du RPE dans les flux de C des écosystèmes comprenant la production nette de l’écosystème (NEP), la production primaire brute (GPP) et la respiration de l’écosystème (RE) exprimées en g C m-2 24h-1. Nous avons montré une relation positive linéaire entre (1) RPE et GPP et (2) RPE et biomasse aérienne (AGB) (g C m-2). A partir de ces relations, le RPE peut être prédit en utilisant les équations suivantes : (...). Nous montrons un ajustement offre-demande de l’N au cours des saisons : une forte activité photosynthétique (printemps) est liée à un RPE et un delta minéralisation-immobilisation d’N élevés alors qu’une faible activité photosynthétique (automne) est liée à un RPE et un delta minéralisation-immobilisation d’N faibles. Cet ajustement était observé dans la prairie et dans le NSC mais pas en monoculture de blé. Logiquement, la lixiviation d’N était importante en monoculture de blé alors qu’elle était quasi nulle en prairie et dans le NSC. Après deux années de maintien des trois écosystèmes types, la production aérienne totale du NSC était équivalente à la prairie, tous deux étant supérieurs d’environ un facteur deux à la monoculture de blé. Ces résultats confirment l’importance des plantes pérennes dans la synchronisation offre-demande de l’N. L’ensemble de ces investigations souligne l’importance des activités des plantes et des processus rhizosphériques dans la régulation des cycles CN des écosystèmes. Ces régulations pourront être étudiées in situ et à l'échelle globale grâce aux proxys de ces processus rhizosphériques (RPE, ajustement offre-demande) déterminés dans la thèse. Des activités photosynthétiques et rhizosphériques tout au long de l'année sont essentielles à l'ajustement offre-demande en nutriments conduisant à une forte production primaire, à la fermeture des cycles des nutriments et au stockage de MOS. Ces découvertes offrent l'opportunité de construire de nouveaux systèmes de culture, à l'image de l’association blé-plantes pérennes étudiée, à hautes performances agro-environnementales
The presence of plants accelerates the decomposition of soil organic matter (SOM) through the supply of energy-rich compounds (rhizodeposits and litter) stimulating microorganisms; a phenomenon called rhizosphere priming effect (RPE). An increase of photosynthesis, supplying soil with rhizodeposited energy, could increase the RPE and soil nutrients offer. Recently, the SYMPHONY model coupling photosynthesis and soil microbial activities suggested an adjustment of the soil nutrient offer (delta mineralization-immobilization) to plant demand. However, the key role of photosynthesis in this offer-demand adjustment needs to be investigated experimentally.The general objective of the thesis is to study the role of interactions between photosynthesis and soil microbial activities in the regulation of carbon (C) and nitrogen (N) fluxes of ecosystems. Three ecosystem types were studied: grassland, wheat monoculture and a new cropping system (NSC) where wheat and perennial grassland species were intercropped. We hypothesize that perennial species, through a continuous photosynthetic activity supplying microorganisms with energy over the year, are essential for offer-demand adjustment.Many technical challenges were overcame to build an experimental platform of 40 mesocosms under natural light and temperature. This platform allows to couple 13C labeling of plants, continuous CO2-exchange measurements, RPE, plant production, soil C storage, N mineralization-immobilization turnover and N leaching.This experimental platform allowed us to determine the contribution of RPE to C fluxes of ecosystems including net ecosystem production (NEP), gross primary production (GPP) and ecosystem respiration (ER) expressed in g C m-2 24h-1. We found positive linear relationships between (1) RPE and GPP and (2) RPE and aboveground biomass (AGB) (g C m-2). Using these relationships, the RPE can be predicted with the following equations: (...).We show an adjustment of soil N-offer to plant N-demand across seasons: a high photosynthetic activity (spring) is linked to high RPE and delta mineralization-immobilization of N whereas a low photosynthetic activity (autumn) is linked to low RPE and delta mineralization-immobilization of N. This adjustment was observed in grassland and NSC but not in wheat monoculture. Consistently, N leaching was high in wheat monoculture while it was almost null in grassland and NSC. After two years of establishment of the three ecosystems, the total aboveground production of the NSC was equivalent to the grassland, each being about twice as high as the wheat monoculture. These results confirm the importance of perennial species in the offer-demand adjustment of N.Our findings underline the importance of plant activities and rhizosphere processes in the regulation of ecosystems C N cycles. Using the proxies of rhizosphere processes (RPE, offer-demand adjustment) provided in the thesis, further studies could investigate these regulations in situ and at the global scale. The presence of photosynthetic and rhizospheric activities over the year are essential for offer-demand adjustment of nutrients leading to high primary production, closing nutrient cycles and SOM storage. These findings offer the opportunity to build new cropping systems such as the wheat-perennial species studied, with high agro-environmental performances

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Berthelot, Hugo. "Fixation d'azote et son devenir dans l'océan de surface : transfert dans le réseau trophique planctonique et influence sur les cycles biogéochimiques de l'azote et du carbone". Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4103/document.

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Ce travail de thèse porte sur le devenir du N2 récemment fixé par les diazotrophes dans l’océan oligotrophe de surface.Il apparaît que le N2 récemment fixé est excrété dans le compartiment dissous par tous les diazotrophes marins étudiés et que l'amplitude de cette excrétion dépend d'abord des contraintes environnementales que des diazotrophes impliqués dans la fixation.Le transfert de N2 fixé vers le plancton non-diazotrophe a été quantifié en utilisant une méthodologie innovante (couplage de la spectrométrie de masse à ionisation secondaire à l’échelle nanoscopique (nanoSIMS) et du tri cellulaire par cytométrie en flux). En conditions naturelles, 5 à 20 % du N2 récemment fixé est transféré vers les communautés non diazotrophes, principalement via l’excrétion de NH4+. Ce transfert est deux fois plus efficace lorsque le N2 est fixé par le diazotrophe Trichodesmium que lorsqu’il est fixé par les diazotrophes unicellulaires Crocosphaera ou Cyanothece.L’export du N2 récemment fixé a été évalué en utilisant des larges mésocosmes équipés de pièges à sédiments, déployés dans le lagon de Nouvelle Calédonie, et enrichis en PO43- pour stimuler la fixation de N2. Lors de cette expérience, il a été démontré que la fixation de N2 a alimenté une grande partie de la production primaire nouvelle (>90 %) et que le N2 fixé par les diazotrophes a rapidement été exporté. Cet export a été direct, par la sédimentation des diazotrophes eux-mêmes (représentant ~20 % de la matière particulaire retrouvée dans les pièges au plus fort de l’efflorescence de diazotrophes), et indirect, par le transfert de ~20 % du N2 fixé vers les communautés non diazotrophes qui, à leur tour, ont sédimenté
This PhD thesis, achieved within the framework of the VAHINE project, focuses on the fate of the recently fixed N2 by diazotrophes in the oligotrophic surface ocean.It appears that the release of the recently fixed N2 in the dissolved pool is a process shared between all diazotrophs tested and that the magnitude of this release depend on the environmental contrains rather than on diazotroph involved in fixation.The transfer of the N2 fixed toward non-diazotroph plankton has been investigated using an innovative methodology (coupling of nano-scale mass spectrometry (nanoSIMS) and cell sorting flow cytometry). It appeared that 5 to 20 % of the recently fixed N2 is transferred toward non-diazotroph plankton, mainly through NH4+ release. This transfer is twice more efficient when the N2 is fixed by the filamentous Trichodesmium compared to Crocosphaera and Cyanothece.Particulate export of the fixed N2 has been investigate in large in-situ mesocosms equipped with sediment traps, deployed in the New Caledonian lagoon and enriched with PO43- in order to stimulate N2 fixation. During this experiment, N2 fixation fueled a large part of the new primary production (>90 %) and that fixed N2 was quickly exported. The export has been direct, through the sedimentation of the diazotrophs themselves, and indirect, through the transfer of ~20 % of the recently fixed N2 toward non-diazotrophic plankton that have, in turn, sedimented

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Paris, Guillaume. "Réponses du système Terre aux pertubations géologiques du cycle du carbone : isotopes du carbone, modélisation et apport des isotopes du bore". Paris, Institut de physique du globe, 2009. http://www.theses.fr/2009GLOB0017.

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L'étude des perturbations géologiques du cycle du carbone permet d'améliorer la compréhension du cycle moderne du carbone et de mieux appréhender les effets des perturbations de la teneur en CO2 atmosphérique. En particulier, les crises géologiques fournissent un objet d'étude permettant de mieux connaître les capacités de réactions de l'environnement en situation de stress. Nous avons étudié la crise de la limite Trias‐Jurassique (TJ) selon une approche combinée entre modélisation et étude multi‐traceur centrée sur les isotopes du carbone de la matière organique et des carbonates. La limite TJ est caractérisée dans les coupes téthysiennes par la succession de deux excursions négatives de la composition isotopique du carbone organique. La première est associée à une extinction de masse et une crise de la production carbonatée. Nous montrons grâce au modèle GEOCLIM que la mise en place de la Province Magmatique de l'Atlantique Central (CAMP) a pu engendrer la crise de la production carbonatée en prenant en compte les observations selon lesquelles cette mise en place s'est faite sous forme de pulses intenses (<400 ans). L'émission de carbone mantellique léger (<‐20‰), si son existence est confirmée, permet d'expliquer cette première excursion isotopique. L'analyse des isotopes du carbone et de l'azote de coupes anglaises et autrichiennes a permis de caractériser les conséquences locales des perturbations globales de la transition du Trias vers le Jurassique (mise en place de la CAMP et variations du niveau marin) et les difficultés de récupération de la pompe biologique dans des bassins perturbés par une forte production primaire procaryote. La composition isotopique du bore (δ11B) des carbonates fournit un outil supplémentaire pour de telles études car elle permet de reconstituer le pH océanique. Cependant, les disparités analytiques entre laboratoire induisent une grande confusion dans l'utilisation de cet outil. Nous proposons ici une méthode d'injection facilitant l'analyse de ces isotopes sur MC‐ICP‐MS et l'appliquons à l'étude de carbonates du Jurassique moyen pour mieux comprendre les causes et conséquence de la crise de la sédimentation carbonatée qui a alors lieu. Nous restons cependant limités dans nos conclusions car le pH déduit des valeurs du δ11B des carbonates dépend également des valeurs du δ11B océanique. Nous avons initié la reconstruction de cette courbe en mesurant les valeurs du δ11B de halites ayant enregistré les valeurs de l'eau de mer. Nous montrons que des variations notables existent, cohérentes avec les paramètres de la géodynamique. Les différentes approches que nous proposons dans ce travail mettent en évidence l'intérêt des approches multi‐traceurs et multidisciplinaires et ouvrent la voie à de nouvelles considérations sur les contrôles de la pCO2 atmosphérique et de la chimie océanique
Studying geological carbon cycle disruption helps to further understand modern carbon cycle and to better apprehend the consequences of the current increase in atmospheric CO2. Specifically, geological crisis highlight the reaction ability of the environment to stressful situation. We used a multi‐proxy approach to study the Triassic‐Jurassic (TJ) boundary events. This transition period is characterized by a succession of two carbon isotopes negative excursions (CINEs) in sections from Tethyan realm. Through GEOCLIM modeling, we show that the Central Atlantic Magmatic Province (CAMP) likely generated the carbonate production crisis observed during the first CINE provided that emplacement is modeled as a succession of intense short‐lived pulses (<400y) as suggested by recent studies. If emitted mantellic carbon is isotopically light (<‐20‰), CAMP emplacement also generated the first CINE. We investigated British and Austrian sections through carbon and nitrogen isotopes for local consequences of global TJ transition events (CAMP emplacement and sea level variations). We showed that the biological pump is perturbated by eutrophication and blooms of prokaryotic organisms. A supplementary tool is provided by boron isotopic composition (δ11B) of carbonates that record seawater pH. However, inter‐laboratory discrepancies prevent this tool from being broadly used. Here, we present a recently developed injection device for boron isotopes analysis on MC‐ICP‐ MS and use it for studying boron isotopes on Middle Jurassic limestones during a time of carbonate production perturbation. Nevertheless, we remain speculative in our interpretation for carbonate δ11B values record both seawater pH and δ11B values. As a consequence, we initiated the reconstruction of Phanerozoic seawater δ11B values by measuring δ11B values in marine halites. The reconstructed values exhibit clear variations through time that are related to geodynamic parameters. This study underlines the necessity for multi‐proxy approach to bring new light on atmospheric pCO2 and seawater chemical composition

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Fourquez, Marion. "Rôle des bactéries hétérotrophes dans le couplage des cycles du fer et du carbone dans l'océan". Paris 6, 2012. http://www.theses.fr/2012PA066189.

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Les réponses métaboliques à la limitation de deux souches bactériennes d’Alteromonas macleodii issues d’environnements contrastés (côtier et océanique) ont été étudiées. Chez A. Macleodii, la limitation en fer entraine une réduction de la respiration et induit des variations significatives dans l’expression d’enzymes clé du catabolisme du carbone, en particuliers celles impliquées dans le cycle de Krebs et la glycolyse. Par ailleurs, la souche océanique est moins affectée dans sa croissance que la souche côtière, suggérant une adaptation de ces microorganismes à leur environnement. La combinaison des techniques de microautoradiographie et de CARD-FISH a été développée avec le radioisotope 55Fe, et a démontré le potentiel de cette méthode pour tracer le devenir du fer au sein d’une communauté bactérienne. Les premières applications ont révélé une contribution importante des Gammaprotéobactéries, incluant le genre Alteromonas, dans l’acquisition du fer en mer Méditerranée et en océan Austral. En océan Austral, la demande en fer des bactéries hétérotrophes a aussi été évaluée pendant la campagne KEOPS2. En début de bloom printanier, les bactéries sont en concurrence avec le pico-nanoplancton pour l’accès au fer. L’incorporation du fer par les bactéries est près de 20 fois supérieure lorsque le pico-nanoplancton est retiré des expériences. Une forte corrélation entre incorporation du fer par les bactéries et production primaire a aussi été trouvée. Les résultats suggèrent fortement que la disponibilité en carbone organique dissous conditionne la demande en fer des bactéries hétérotrophes et influe indirectement sur les relations trophiques
The metabolic response of two strains of Alteromonas macleodii, isolated from contrasting marine environments (coastal and oceanic), was investigated. Iron limitation leads to a decrease in respiration and significant changes in expression of several key enzymes associated with carbon catabolism, specifically those involved the citric acid cycle and glycolysis. The study shows strain-specific responses to iron limitation. Growth rate of the oceanic strain was less sensitive to low iron concentrations compared to those of the coastal strain. The study provides new insights into how heterotrophic bacteria acclimatize to low iron concentrations. Thus, by altering carbon metabolism and energy acquisition of heterotrophic bacteria, Fe may affect cycling of carbon in certain oceanic regions. In order identify marine bacterial assemblages actively incorporating iron, microautoradiography combined with CARD-FISH was developed using 55Fe as the radioisotope. Initial application of this technique highlights its potential and shows the major contribution of Gammaproteobacteria, including Alteromonas genus, to iron incorporation in both NW Mediterranean Sea and Southern Ocean. In the Southern Ocean bacterial iron demand was measured during the KEOPS2 cruise. At the beginning of the spring bloom, bacteria competed strongly with pico-nanoplankton for iron. Iron incorporation by bacteria was 20 times higher when pico-nanoplankton was removed. The results suggest that the availability of dissolved organic carbon is a crucial parameter for bacterial iron demand and could indirectly influence trophic relationships

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Lebeau, Oanez. "Enregistrement isotopique des cycles biogéochimiques du carbone et de l'azote dans les sédiments du lac Pavin". Paris 7, 2014. http://www.theses.fr/2014PA077108.

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Durant l'histoire de la Terre, les océans ont subi de nombreuses périodes d'anoxie totale ou partielle. Les causes et conséquences de ces variations redox peuvent être explorées d'après les cycles passés du carbone et de l'azote. Etudier des analogues modernes de ces environnements anciens est essentiel pour interpréter les signaux biogéochimiques enregistrés dans les sédiments et déterminer si les signatures primaires y sont préservées. Le lac Pavin (Massif Central, France) est stratifié en permanence avec des eaux profondes anoxiques et riches en fer, surmontées d'eaux oxiques. Il peut donc être considéré comme un bon analogue des océans stratifiés et ferrugineux. Dans cette thèse, nous avons analysé les compositions isotopiques en carbone (deltal3C) et azote (deltal5N) dans 6 carottes de sédiments du lac Pavin (3 dans la zone oxique et 3 dans la zone anoxique) et dans des pièges à sédiments placés à différentes profondeurs dans la colonne d'eau et échantillonnés régulièrement sur une période de 15 mois. Les deltal5N de la biomasse primaire, couplés aux concentrations et deltal5N de l'azote dissous (nitrate et ammonium), suggèrent que l'azote organique dérive essentiellement d'une assimilation de N2 dans les eaux de surface, tandis que les deltal3C montrent une distribution bimodale causée par un changement saisonnier de la composition du CO2 dissous. Les effets diagénétiques sur les concentrations et compositions isotopiques en C et N ont été quantifiés lors la chute des particules dans la colonne d'eau, à l'interface eau-sédiment et dans la colonne sédimentaire. La diagénèse induit dans tous les cas une baisse des concentrations en C et N ainsi qu'une augmentation du rapport C/N, avec un effet plus prononcé en milieu oxique qu'en milieu anoxique. Les deltal3C et deltal5N sont globalement bien préservés dans la zone anoxique, alors qu'ils sont largement modifiés dans la zone oxique. Des variations potentielles liées à l'eutrophisation et/ou une contribution de matériel détritique sont également discutées
Over geological timescale, the Earth's oceans were affected by several periods of total or partial anoxia. Causes and consequences of the ocean oxygenation can potentially be better understood from past C and N cycles. Studies on modern analogues are essential for interpreting the biogeochemical signal recorded in ancient sediments and to determine if the primary C and N isotope signatures are preserved or modified in this type of environment. Lake Pavin (Massif Central, France) is permanently stratified with anoxic Fe-rich deep waters overlain by oxic shallow waters, and can be regarded as an analogue for the oceans during periods of redox stratification with ferruginous deep waters. In the present work, we determined the C and N isotope compositions of 6 sediment cores in Lake Pavin (3 in the oxic zone and 3 in the anoxic zone), and of sediment traps set up at different depths in the water column and collected regularly over 15 months. δ¹⁵ values of primary biomass, coupled with concentrations and δ¹⁵ N of dissolved nitrogen (nitrate and ammonium), suggest that organic nitrogen derives mainly from N2-fixation in surface waters. δ¹³ C values show a bimodal distribution, reflecting seasonal changes in dissolved CO2 isotope composition. Diagenetic modifications of C and N concentrations and isotope compositions have been evaluated for particles sinking in the water column, water-sediment interface, and in the sedimentary pile. In all cases, diagenesis induces a decrease in C and N concentrations and an increase in C/N ratio, with larger modifications under oxic than anoxic conditions. The δ¹³ C and δ¹⁵ N values are well preserved in the anoxic zone, but are strongly modified in the oxic zone. Potential variations related to eutrophisation and/or a contribution of detrital materials are also presented

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Prunet, Pascal. "Assimilation de données dans un modèle du cycle du carbone de l'océan de surface couplant la physique et la bio-géochimie". Toulouse 3, 1995. http://www.theses.fr/1995TOU30192.

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Une methode permettant de transformer l'information des mesures de surface de l'ocean en estimations de la production de matiere organique et des flux de carbone est presentee. Un modele a une dimension verticale couplant la physique et la biogeochimie de l'ocean de surface est contraint par des mesures de contenu en chlorophylle, de temperature et de nitrate de surface, par une technique d'assimilation variationnelle. Cette methode est validee en utilisant les mesures in situ de la station papa, dans le pacifique nord. On montre que l'assimilation de donnees de chlorophylle de surface uniquement ne permet pas une contrainte robuste du modele biologique. Lorsque les donnees de chlorophylle, de nitrate et de temperature sont assimilees simultanement, sept combinaisons lineaires des parametres biologiques et physiques du modele sont ajustees. Les mesures de temperature sont utilisees pour contraindre la diffusion verticale sous la couche de melange oceanique, tandis que le signal saisonnier de nitrate (2 mesures par an) permet de fixer l'equilibre entre diffusion verticale et taux de chute des particules organiques. Les trois types de donnees sont utilisees pour determiner de maniere robuste les valeurs de parametres utiles dans toute modelisation du cycle oceanique du carbone. La methode fournit egalement des estimations robustes des principaux flux de carbone simules: production de matiere organique, flux exporte vers les couches profondes, flux regenere dans la couche de surface. Pour obtenir une simulation correcte de la pression partielle de dioxyde de carbone (pco#2) en surface, l'assimilation de mesures de pco#2 est necessaire. Cette assimilation permet de mieux comprendre les relations entre le cycle de l'azote et le cycle du carbone dans le modele, et d'obtenir une estimation du flux d'echange de dioxyde de carbone entre l'atmosphere et l'ocean sur le site etudie

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Dessert, Céline. "Impact du volcanisme sur le climat et sur les cycles géochimiques globaux". Toulouse 3, 2002. http://www.theses.fr/2002TOU30204.

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Cattaneo, Raffaela. "Effet du carbone suie sur les communautés virale et procaryotique dans les eaux marines côtières". Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066579.

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Le carbone suie représente un produit réfractaire et chimiquement complexe de la combustion incomplète de combustibles fossiles et de la biomasse. La déposition atmosphérique de carbone suie peut être significative dans la Baie de Villefranche (France). Cependant, son rôle pour les microorganismes marins n’est pas suffisamment étudié. Avec l’utilisation du carbone suie standard et de la cytometrie de flux, du microscope confocale et du microscope électronique à balayage, on a mis en évidence que les virus et les bactéries adhèrent dans les heures suivantes aux particules de carbone suie et que l’ abondance de virus en forme libre diminue avec la concentration de carbone suie. En conditions expérimentales le pourcentage de bactéries et virus attachés varie après 10 heures entre 22 - 54 % et 51 – 72 % respectivement des abondances totales. À travers le flux vertical, cela peut déterminer une soustraction des microorganismes de la surface de l’eau. La production bactérienne augmente avec l’augmentation de concentrations de carbone suie, probablement en résultat de soit la diminution de la lyse virale et soit de l’utilisation du carbone suie en tant que substrat. Avec l’application d’une PCR ciblée pour le gêne 16S rRNA et une électrophorèse sur gel à gradient dénaturant, on a relevé que la composition de la communauté de bactérie en forme libre est différente de celle des bactéries attachées aux particules. Les résultats suggèrent que les bactéries puissent utiliser le carbone suie en tant que source de carbone et que le carbone suie modifie les interactions entre virus et bactéries. De conséquence, le carbone suie a une influence sur les processus dans le réseau trophique microbien

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Laget, Manon. "Rôle des Rhizaria dans les cycles biogéochimiques de l’océan épi- et mésopélagique". Electronic Thesis or Diss., Littoral, 2023. http://www.theses.fr/2023DUNK0690.

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Les océans épipélagique et mésopélagique jouent un rôle clé dans la production, le recyclage et le transfert de la matière organique et minérale vers l’océan profond. Les Rhizaria (comprenant les Radiolaria et les Phaeodaria) sont des protistes planctoniques qu’on retrouve dans ces couches de l’océan mondial. Ils peuvent être mixotrophes ou hétérotrophes, et certains d’entre eux forment des squelettes de silice. De plus, ces organismes peuvent agréger du matériel détritiques autour d’eux, formant ainsi des particules sédimentant rapidement. L’échantillonnage de ces organismes fragiles est difficile par le biais de méthodes traditionnelles comme les filets à plancton, mais les avancées en imagerie in situ ont amélioré les estimations de leur abondance et de leur rôle dans les flux élémentaires. Cependant, en raison du manque de mesures au niveau cellulaire, notre compréhension de leur biomasse mondiale en carbone et de leur rôle dans les processus biogéochimiques reste limitée. Pour combler ces lacunes, le contenu en carbone de divers taxons de Rhizaria a été mesuré, couvrant un large spectre de tailles, et une relation allométrique a été établie, révélant une densité de carbone globalement faible par rapport aux protistes plus petits. À l’aide de boosted regression trees et d’un ensemble de données global collecté à l’aide de l’Underwater Vision Profiler (UVP) 5, comprenant plus de 167 000 images de Rhizaria enregistrées dans le monde entier, la biomasse mondiale en carbone des Rhizaria >600 μm a été ré-estimée à 1,7 % de la biomasse totale du mésozooplancton dans les 500 premiers m de la colonne d’eau. Cette biomasse s’est révélée être dix fois plus élevée dans la zone mésopélagique que dans la zone épipélagique. Ensuite, il a été estimé que les Phaeodaria mésopélagiques, se nourrissant du flux de particules, peuvent intercepter de 3,8 à 9,2 % du flux de carbone particulaire exporté de la zone euphotique. Dans l’océan Austral, où leur abondance était précédemment considérée faible, ce taux d’interception est de 11,2-23,4 %. De plus, les taux de production de silice biogénique (bSi) des Phaeodaria ont été estimés, constituant la première quantification de la production de bSi dans la zone mésopélagique. En tant que seuls producteurs de bSi dans cette zone, ils jouent un rôle significatif dans son recyclage, co-dominant le cycle du silicium aux côtés des diatomées et des éponges. Enfin, une nouvelle méthodologie pour mesurer la vitesse de sédimentation des particules marines à l’aide de l’UVP6 monté sur un piège à sédiments a été introduite. Après la collecte d’environ 9 000 valeurs de vitesse de sédimentation dans l’Atlantique Nord, aucune relation forte n’a été trouvée entre les mesures morphologiques fournies par l’UVP6 et celles-ci. Au lieu de cela, il a été observé que les vitesses de sédimentation augmentent avec la profondeur et sont influencées par les conditions environnementales. Ces résultats mettent en évidence l’importance de prendre en compte la composition des communautés phytoplanctoniques et zooplanctoniques, pour estimer la vitesse et affiner les estimations de flux qui utilisent l’imagerie in situ
The epipelagic and mesopelagic oceans play a key role in the production, recycling, and transfer of both organic and mineral matter to the deep ocean. Rhizaria (including Radiolaria and Phaeodaria) are planktonic protists thriving in these layers throughout the world ocean. They can display either mixotrophic or heterotrophic feeding behavior, and some of them form silica skeletons. Furthermore, these organisms can aggregate detrital material around them, forming fast-sinking particles. Sampling these fragile organisms is challenging, but advances in in situ imaging techniques have improved estimates of their abundance and roles in element fluxes. Still, due to a lack of measurements at the cellular level, our understanding of their global carbon biomass and their roles in biogeochemical processes remains limited. To fill this gap, the carbon content of diverse rhizarian taxa was measured, covering a broad size spectrum, and an allometric relationship was established, revealing an overall low carbon density compared to smaller protists. Using boosted regression trees and a global Underwater Vision Profiler (UVP) 5 dataset, including >167,000 rhizarian images recorded all over the world ocean, global carbon biomass of >600-μm Rhizaria was reestimated to be 1.7% of the total mesozooplankton biomass within the upper 500 m of the water column. This biomass was found to be 10-fold higher in the mesopelagic than in the epipelagic layer. Subsequently, mesopelagic flux-feeder Phaeodaria were estimated to intercept 3.8-9.2% of the gravitational POC flux exported out of the euphotic zone. In the Southern Ocean, where their abundance was previously shown to be low, this interception rate can reach as high as 11.2-23.4%. In addition, biogenic silica (bSi) production rates of Phaeodaria were estimated, being the first quantification of bSi production in the mesopelagic layer. As the sole bSi producers in this layer, they play a significant role in its recycling, co-dominating the silicon cycle along with diatoms and sponges. Lastly, a new methodology to measure the sinking speed of marine particles using the UVP6 mounted on a sediment trap was introduced. After collecting approx. 9,000 measurements of particle sinking speeds in the North Atlantic, no strong relationships were found between morphological measurements provided by the UVP6 and sinking speeds. Instead, it was observed that sinking speeds increased with depth and were influenced by environmental conditions. These results highlight the importance of considering community composition, including both phytoplankton and zooplankton, for speed estimation and to refine flux estimates using in situ imaging

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Askri, Amira. "Valorisation des digestats de méthanisation en agriculture : effets sur les cycles biogéochimiques du carbone et de l'azote". Thesis, Paris, AgroParisTech, 2015. http://www.theses.fr/2015AGPT0023.

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La digestion anaérobie est un mode de traitement biologique des déchets organiques qui se développe fortement en France. En plus de produire de l‟énergie, le digestat issu du procédé a des caractéristiques qui devraient lui conférer un potentiel agronomique intéressant. L‟objectif de ce travail était d‟étudier l‟effet d‟apport au sol de digestats de méthanisation sur les cycles biogéochimiques du C et du N, en particulier leur potentiel de stockage de C dans les sols et la disponibilité potentielle du N pour les plantes, ainsi que sur les émissions de N2O associées à leur apport. L‟accent a été mis sur la variation de ces effets avec le type de déchets entrants en digestion et les post-traitements subis après la digestion. Ces travaux ont reposé sur des expérimentations en laboratoire, un essai de courte durée au champ et la modélisation.Cinq types de digestat ont été utilisés, trois d‟origine agricole et deux issus du traitement de déchets urbains issus ou non de collecte sélective. Quatre digestats bruts sont issus de méthanisation par voie humide et subissent une séparation de phase produisant deux digestats : liquide et solide. Le dernier digestat est issu de méthanisation par voie sèche. Les deux digestats solides d‟origine urbaine subissent ensuite un compostage. Par ailleurs le séchage et l‟osmose inverse ont été testés sur 2 des filières agricoles.Les digestats d‟origine agricole ont les pouvoirs fertilisant et amendant les plus importants. Le post-traitement par séparation de phase permet de distinguer un produit solide destiné à entretenir les stocks de C du sol qui peut être amélioré encore par le compostage et un produit liquide qui a un pouvoir fertilisant plus important. Les digestats bruts, solides et liquides sont tous caractérisés par une fraction résiduelle de C facilement biodégradable variant de 23 à 91% de leur carbone, associée au C de la fraction extractible à l‟eau chaude des digestats. La stabilité du C des digestats augmente dans l‟ordre liquide18%, solides et compostés ont un caractère amendant intéressant. Les digestats de méthanisation ont un fort pouvoir fertilisant azoté, essentiellement lié à la fraction de N ammoniacal présente initialement dans les digestats. Les C/N organiques relativement élevés génèrent des tendances à l‟organisation du N associées à la dégradation de la MO résiduelle des digestats.Un jeu de paramètres homogènes a pu être déterminé pour simuler avec le modèle CANTIS les cinétiques de minéralisation de C et de N après apport des digestats. Ce jeu de paramètres homogènes permet au modèle CANTIS de valider les relations entre le maintien du stock de C, la valeur fertilisante des digestats et leurs propriétés biochimiques.Les digestats bruts sont ceux pour lesquels les émissions de N2O après apport sont les plus fortes. Les post-traitements par séparation de phase et compostage diminuent ces émissions, les post-traitements par séchage ou osmose inverse les accentuent montrant la difficulté à associer intérêt agronomique maximal et absence d‟impacts environnementaux.Au champ, une forte perte d‟azote minéral est constatée après apport des digestats, sans doute liée à la volatilisation de l‟azote ammoniacal. Les digestats non compostés présentent des coefficients équivalent engrais compris entre 0.37 et 0.52 sans qu‟on ait pu mettre en évidence d‟effet de l‟origine des déchets traités et de la séparation de phase. En revanche le compostage diminue de plus de 80% l‟équivalence à l‟engrais azoté
Anaerobic digestion is a biological treatment of organic wastes which is strongly developing in France. In addition to producing energy, anaerobic digestion produces a digestate that has interesting agronomic potential. The objective of this work was thus to study the effect of applying digestates to a soil on the biogeochemical cycles of C and N, particularly the C storage potential in soil and the availability of N for plants, as well as the N2O emissions. The variation of these effects with the type of digested inputs and with the post-treatments after digestion was also studied. These studies were based on laboratory experiments, a short-term field experiment and modeling.Five types of digestates were used: three of agricultural origin and two from urban wastes coming from separate collection or not. Four raw digestates were produced by wet anaerobic digestion and underwent phase separation producing thus two digestates: liquid and solid. The other digestate was produced by dry anaerobic digestion. The solid digestates from urban origin underwent composting also while the two digestates of agricultural origin underwent reverse osmosis and drying.The digestates produced from agricultural wastes have the higher fertilizer and amending potentials. The phase separation produced a solid product which can mostly be used to maintain soil C stocks and which can be further improved by composting and a liquid product that has a greater fertilizing potential. All digestates raw, solid and liquid are characterized by a residual fraction of readily biodegradable C ranging from 23 to 91% of their organic C and related to the C content of the hot water extractable fraction. The biological stability of the digestates increases in this order: liquid 18%, the solid and the composted digestates have an interesting amending potential. The anaerobic digestates have also a high nitrogen fertilizer value, mainly related to the fraction of ammonia N initially present in the digestate; nevertheless, the high organic C/N ratios generate relatively high nitrogen organization associated with the degradation ofdigestate organic matter.A unique set of parameters was determined from the previous experimentations to simulate the C and N mineralization kinetics, after applying digestates to the soil, using the CANTIS model. This set of parameters was used to evaluate the relationship between the soil C stock and the fertilizer value of digestate and their biochemical properties.N2O emissions are higher from the raw digestates; but post-treatment by phase separation and composting reduce these emissions, while reverse osmosis and drying increase them showing thus the difficulty in associating agronomic interest and lack of environmental impacts at the same time.In the field, a high loss of mineral nitrogen is found after application of digestate, probably because of the volatilization of ammonia nitrogen. The non-composted digestates have fertilizer equivalence between 0.37 and 0.52; the origin of the digestate and phase separation didn‟t have effect on this parameter. On the other side, composting decreases by more than 80% the equivalence to nitrogen fertilizer

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Ibrahim, Hatem. "Modélisation des cycles C et N dans les systèmes sols-céréales-légumineuses". Thesis, Montpellier, SupAgro, 2013. http://www.theses.fr/2013NSAM0022/document.

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Resumen

A l'interface des échanges sol-plante-atmosphère, la couche supérieure du sol contient la plus grande réserve de carbone organique (Corg) et d'azote (N) potentiellement disponible pour la croissance des plantes, elle joue un rôle fondamental dans la nutrition et l'équilibre de la planète.Dans les sols Tunisiens, une première quantification de N, faisant suite à celle de Corg, nous a permis de mettre en évidence une fragilité des réserves, et la nécessité de managements préservatifs des terres et des pratiques agricoles. Nous nous sommes alors rapprochés des nombreuses études de modélisation des variations de stocks de Corg et N suite à des changements d'usage. Cependant, la majorité des références publiées concernait les évolutions globales à moyen ou plus long terme (de plusieurs années à plusieurs décades) et manquaient de précision sur la prédiction mécaniste des transferts journaliers entre les plantes, les compartiments du sol et l'atmosphère. Selon nous et d'autres auteurs, ces études ne prenaient pas suffisamment en compte le rôle crucial des micro-organismes dans les échanges. Ceci nous a orientés vers le modèle MOMOS centré sur l'écologie fonctionnelle de la biomasse microbienne (BM), avec des paramètres pour sa croissance, sa mortalité, et sa respiration étroitement liés aux conditions climatiques, édaphiques, et culturales.L'objectif était d'étudier à court terme les cycles Corg et N dans les systèmes complexes de production céréalière intensifiés par couplage avec des légumineuses à graines fixatrices d'azote en milieu méditerranéen. Il comportait deux défis : (i) coupler les équations de décomposition avec des modules d'eau du sol, et de production végétale vers un nouvel outil pour l'agro-écologie et le changement global (ii) faire tourner l'ensemble en milieu méditerranéen calcaire, avec des équations proposées et validées en milieu tropical acide.Le dispositif agronomique comportait des associations comparées à des rotations blé dur-féverole en culture biologique sans fertilisation depuis treize ans. Les simulations ont été trouvées en bonne concordance avec les données mesurées et celles de la littérature. Croissances végétales et fonctionnement microbien apparaissent prédits par les mêmes fonctions climatiques et co-limités par la température en hiver et l'humidité en été. Dans les parcelles expérimentales peu fertiles, la plus grande part de Corg photo synthétisé était modélisée comme allouée aux racines et perdue pour les parties aériennes et le rendement des récoltes. Ces pertes étaient simulées vers la respiration de croissance des racines de céréales, probablement pour la recherche des nutriments, et la mortalité des racines de légumineuses alimentant la croissance des décomposeurs et peut-être des symbiotes fixateurs d'azote. Au total, le système de culture associée était modélisé comme un puits de plus 4 Mg Corg ha-1 durant la saison culturale, mais uniquement dans Corg labile d'origine microbienne. Ce compartiment était aussi simulé comme la principale réserve de N potentiellement disponible pour les organismes vivants, très supérieure à celle des micro-organismes, elle-même supérieure à celle de la céréale et égale à celle de la légumineuse. La modélisation des échanges microbiens avec N minéral montrait une immobilisation nette d'azote juste compensée par la fixation symbiotique. Elle a permis de mieux comprendre les flux de Corg et N entre atmosphère, légumineuse, micro-organismes et céréale et de proposer des solutions agronomiques pour l'amélioration des systèmes de culture en association ou rotation
At the interface of soil-plant-atmosphere exchanges, the top layer of soil contains the largest part of organic carbon (Corg) and nitrogen (N) potentially available for plant growth; this soil layer plays a fundamental role in nutrition and equilibrium of earth.In Tunisians soils, a first quantification of N, following that of Corg, has allowed us to highlight the fragility of the reserves, and the need of conservation managements of lands and improvement of agricultural practices.Many studies of literature data try to model the changes of Corg and N stocks due to land use changes. However, most of the published references concern overall trends at medium or longer term (several years to several decades) and lack of precision in mechanistic prediction of daily transfers between plants, soil compartments and the atmosphere. Conjointly with other authors we think that the published studies do not take sufficient account of the crucial role of microorganisms in the exchange modelling. This directed us to the MOMOS model centered on the functional ecology of microbial biomass (MB), with parameters for growth, mortality and respiration of MB, closely related to climate, soil conditions and the quality of organic inputs.Our objective was to study the Corg and N cycles during a cropping season in complex cereal-legume systems for intensification by symbiotic N fixation in the Mediterranean environment. It included two challenges: (i) to couple the equations of decomposition with a model of soil water and modules of quantitative and qualitative vegetal production toward a new tool for agro-ecology and the global change (ii) to run this tool in Mediterranean calcareous conditions, with equations proposed and validated in tropical acid areas.The agronomic experiment included an intercropping of durum wheat and faba bean compared with pure cropping both managed in organic farming without any fertilizer addition during the last thirteen years. The model predicted ecophysiological parameters in accordance with published references and simulated accurately the measured data. Plant growth and the microbial functioning appear linked to the same climate equations and co-limited by temperature in winter and availability of water in summer. In these unfertile plots, the largest part of Corg photo-synthesized was modelled as allocated to roots and lost for the aerial parts and grain yields. These losses were simulated mainly (i) to increase root respiration of cereal, probably as energy source for root growth in order to find nutrients, and (ii) to increase the mortality of legume roots as energy source for the growth of decomposers and perhaps the growth of symbiotes for fixation of atmospheric N. Overall, the intercropping system was modeled as a sink of over 4 Mg ha-1 of Corg during the growing season, but only in the compartment labile of microbial origin. This compartment was also simulated as the main reserve of N potentially available for living organisms, much higher than N stock of microorganisms, which is itself higher than N stored in the cereal and similar to N stored in the legume. The modeling of microbial exchange with inorganic N showed a net immobilization of N just compensated by the symbiotic fixation. It helped to better understand the flows of Corg and N between atmosphere, legume, microorganisms and cereal, and to propose solutions for improving agricultural cropping systems in combination or rotation

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Hennequin, Salomé. "Étude des couplages entre l'évolution géologique des cycles biogéochimiques, du climat, et de la biodiversité océanique". Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30197.

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Resumen

L'objectif principal de cette thèse est de comprendre la coévolution des cycles biogéochimiques, du climat et de la biodiversité océanique à l'échelle géologique grâce à la modélisation numérique. Actuellement les modèles numériques simulant l'évolution géologique du climat et des cycles géochimiques à long terme simulent la bioproductivité primaire océanique soit en inversant le signal delta(13)C mesuré sur les carbonates sédimentaires, soit en la modélisant d'une manière déterministe en la rendant uniquement dépendante des flux de nutriments disponibles. Il apparaît dès lors impossible de comparer l'évolution géochimique de l'atmosphère et des océans (e.g. CO2, delta(13)C) à l'évolution de la biodiversité (registre fossile). Afin de proposer une piste permettant de combler cet écart entre les données paléontologiques et les modèles numériques biogéochimique-climat, un module écologique est introduit dans le modèle couplé climat-carbone GEOCLIM. Ce module additionnel permet le calcul de la productivité et des biomasses individuelles pour un nombre déterminé de producteurs primaires, de consommateurs primaires et secondaires et de prédateurs. Le tirage aléatoire d'une partie des paramètres utilisés dans ce calcul permet la création d'un assemblage unique de groupes à chaque simulation. Les simulations ont été réalisées hors-équilibre, en se plaçant à la limite Permien-Trias avec le dégazage massif de CO2 lié à la mise en place de la province magmatique de Sibérie. La sensibilité à la température des différents assemblages de producteurs primaires génère une variété de réponses à la perturbation, dans l'intensité des taux d'extinctions, de l'excursion en delta(13)C et de la variation de bioproductivité primaire. Parmi l'ensemble des simulations, la bioproductivité primaire peut soit augmenter soit diminuer en réponse au réchauffement climatique, malgré une perte importante de biodiversité pour toutes les simulations. La réponse des groupes de producteurs primaires amplifie ou réduit l'amplitude du réchauffement climatique. La biomasse des groupes dans les niveaux trophiques supérieurs évolue en fonction de celle des producteurs primaires, à la base de la chaîne trophique. Malgré des comparaisons limitées avec les données géologiques, le module écologique couplé à GEOCLIM a permis d'explorer pour la première fois les rétroactions entre l'évolution de la biodiversité et l'évolution du cycle du carbone et du climat à l'échelle des temps géologiques
The main objective of this thesis is to understand the co-evolution of biogeochemical cycles, climate and ocean biodiversity at the geological time scale through numerical modeling. Currently numerical models simulating the geological evolution of climate and long-term geochemical cycles simulate the oceanic primary bioproductivity, this component being either forced by the inversion of the delta(13)C signal measured on sedimentary carbonates, or modelled in a totally deterministic way by making it only dependent on the available nutrient fluxes. It therefore appears impossible to compare the geochemical evolution of the atmosphere and oceans (e.g. CO2, delta(13)C) with the evolution of its biodiversity (fossil record). In order to contribute to the filling of this gap between paleontological data and numerical biogeochemical-climate models, an ecological module is introduced in the GEOCLIM model. It allows the calculation of productivity and individual biomass for a prescribed number of primary producers, primary and secondary consumers and predators. The random selection of some of the parameters used in this calculation allows the creation of a unique assembly of groups for each simulation. The simulations were carried out in a dynamic way across the Permian-Trias boundary, with the massive degassing of CO2 linked to the onset of the Siberian large igneous province. The temperature sensitivity of the different assemblages of primary producers leads to a variety of responses to the perturbation, in the intensity of the extinction rates, of the excursion in delta(13)C and of the variation in primary bioproductivity. Among the full set of simulations, primary bioproductivity can either increase or decrease in response to global warming, despite a significant loss of biodiversity for all simulations. The response of primary producer groups amplifies or reduces the magnitude of global warming. The biomass of the groups in the upper trophic levels evolves according to the biomass of the primary producers at the base of the trophic chain. Despite limited comparisons with geological data, the ecological module coupled with GEOCLIM has made possible the investigation of the feedbacks between the evolution of biodiversity and the evolution of the carbon cycle and climate over geological time scales

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Belhadj, Brahim Ali. "Influence des constituants alumineux et ferriques non cristallins sur les cycles du carbone et de l'azote dans les sols montagnards acides". Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb376027521.

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Stemmler, Sébastien. "Altération microbienne des minéraux dans les sols hydromorphes : incidence du couplage entre les cycles du carbone et du fer". Nancy 1, 2001. http://www.theses.fr/2001NAN10234.

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Resumen

Les phénomènes d'altération microbienne ont été étudiés dans 5 sols tropicaux hydromorphes représentatifs de deux toposéquences. Les résultats montrent le rôle fondamental des processus de réduction bactérienne du fer, dans lesquels les activités bactériennes assurent un couplage biodégradation des matières organiques (MO)-réduction/dissolution des formes oxydées du fer. Les activités bactériennes ferri-réductrices sont significatives et importantes dans les sols de pente et en aval (à un degré moindre). En conditions engorgées, les communautés bactériennes autochtones se développent en utilisant les MO des sols comme source de carbone et d'énergie et les transforment en biomasse et composés organiques solubles. Le fer ferrique est utilisé comme accepteur d'électrons, ce qui aboutit à sa réduction en fer ferreux soluble, pouvant être exporté dans les eaux de drainage. Ce processus d'altération apparaît comme un phénomène majeur de l'évolution des sols tropicaux, dans lesquels le fer assure un rôle important de ciment de la structure, pouvant induire une dégradation irréversible des sols le long d'une toposéquence
Microbial weathering phenomenons have been studied in 5 tropical waterlogged soils representing two sequences. The results show the fundamental role of the bacterial iron-reducing processes, where the bacterial activities coupled the biodegradation of organic matter and the reduction-dissolution of oxidised forms of iron. The bacterial ferri-reducing activities are significant and strong in the soils of the slopes and near the swamp (at a minor degree). In waterlogged conditions, the autochthonous bacterial communities grow by using the soil organic matter as carbon and energy sources, and transform them into bacterial biomass and soluble organic compounds. The ferric iron is used as electron acceptor, going to its reduction under the soluble ferrous form, that can be exported in the drainage waters. This weathering process appears to be a major phenomenon of the tropical soil evolution, in which iron plays an important role as cement of the structure, and can induce a non reversible degradation of the soil

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Wang, Tao. "Développement et évaluation du modèle de surface ORCHIDEE : apport pour la simulation des cycles de l'eau et du carbone aux hautes latitudes". Versailles-St Quentin en Yvelines, 2011. http://www.theses.fr/2011VERS0045.

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Resumen

L’objectif de cette thèse est d'évaluer et de développer le modèle de surface ORCHIDEE (Organizing Carbon and Hydrology In Dynamic EcosystEms). Dans la première partie, l’évaluation du modèle à différentes échelles est présentée à l’aide d’ une nouvelle méthodologie basée sur une analyse spectrale et des réseaux de neurones. Cette analyse nous a permis de mettre en évidence les erreurs systématiques du modèle, et d’ouvrir de nouvelles perspectives pour les développements futurs ORCHIDEE. Dans une seconde étape, afin de mieux comprendre les effets de la neige sur les flux de carbone présents et futurs, différentes études ont été menées. Une analyse de la respiration des écosystèmes d'hiver a étéeffectuée, à l’aide de mesures de station de flux « eddy covariance ». Les résultats démontrent le rôle de la respiration d'hiver dans le bilan annuel de carbone, ainsi que les effets de la neige sur la respiration. L’objectif d’une troisième étape a été de développer un nouveau module de neige dans ORCHIDEE. Dans ce nouveau modèle, les processus internes de la neige (neige fondante par exemple / regel, infiltration de l'eau entre les couches de neige) sont pris en compte. Par ailleurs, une nouvelle paramétrisation de l’albédo des forêts a été testée. Ces développements ont été validés à l’échelle locale sur quelques sites instrumentés puis à l’aide de produits spatialisés sur les régions des hautes latitudes Nord. Des améliorations significatives ont été mises en évidence en termes de propriétés du couvert nival. Ce nouveau modèle va maintenant permettre de mieux comprendre et modéliser les cycles de l’eau et du carbone aux hautes latitudes dans de prochaines études
This thesis is to evaluate and develop a land surface model ORCHIDEE (Organizing Carbon and Hydrology In Dynamic EcosystEms). In the first part, ORCHIDEE on multiple timescales is evaluated by a novel methodology linking Artificial Neural Networks to Singular System Analysis. The joint analysis of observations and simulations uncovers the characteristics of model bias at and across timescales in different plant function types and climate groups, which provide references for future ORCHIDEE developments. To have a throughout understanding of snow effects on present and future carbon fluxes, ORCHIDEE with a decent snow model should be developed. In the second part, a site-synthesis analysis of winter ecosystem respiration and its controls across eddy covariance sites in mid- and high-latitude regions has been conducted. The result corroborates the role of winter respiration in annual carbon budget, and snow effects on winter respiration could be indirectly observed by its insulating effect on soil. The standard ORCHIDEE snow model is a simple bucket model and has been shown to bias snow simulations. In the third part, internal snow processes (e. G. Snow melting/refreezing; water infiltration between snow layers) were thus developed in ORCHIDEE. Moreover, a new forest albedo parameterization was also implemented. In the third and final parts, this newly developed snow model has been validated based on both site and continental levels, and a significant improvement has been seen in terms of snow pack properties examined. This new snow model coupled with permafrost will be used to explore high-latitude water and carbon dynamics in the future

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Brandon, Margaux. "Les changements majeurs de la productivité biologique au cours du Quaternaire et leurs impacts sur les cycles du carbone et de l’oxygène". Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASJ010.

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A l’échelle des cycles glaciaires-interglaciaires (G/IG) du Quaternaire, la concentration atmosphérique en CO₂ (p CO₂) est associée à d’importantes variations, notamment pendant les transitions entre périodes glaciaires et interglaciaires, aussi appelées terminaisons, qui enregistrent des augmentations de pCO₂ de l’ordre de 100 ppm en quelques milliers d’années. Alors que les rôles de la circulation océanique et de l’étendue de la couverture de glace sur le pCO₂ sont étudiés depuis plusieurs années, peu de travaux s’intéressent à l’impact de la productivité biologique. L’objectif de cette thèse est de reconstruire les changements de productivité biologique et d’estimer leur contribution sur les variations de pCO₂ atmosphérique au cours des derniers 800 000 ans (ka), en portant une attention particulière à la Terminaison V (~425 ka) et au stade isotopique (MIS) 11, l’interglaciaire enregistré vers 400 ka. Pour cela, deux approches ont été combinées pour remonter aux variations globales et locales de la productivité biologique. Des mesures de Δ¹⁷O de O₂ effectuées dans les bulles d’air piégé dans la carotte de glace EPICA Dome C (Antarctique) entre 400 et 800 ka, ont permis de compléter les mesures préexistantes et remonter aux variations de la productivité biosphérique globale exprimée en flux d’oxygène au cours des derniers 800 ka. Des analyses micropaléontologiques (coccolithes, foraminifères) et géochimiques (COT, CaCO₃, XRF) ont été effectuées sur une carotte sédimentaire du secteur Indien de l’Océan Austral (MD04-2718) pour remonter aux variations d’efficacité de la pompe biologique au cours des derniers 800 ka. Les résultats obtenus durant cette thèse ont permis de montrer qu’à l’échelle des cycles G/IG, la productivité biosphérique globale et la productivité carbonatée dans l’Océan Austral sont plus importantes pendant les interglaciaires comparées aux glaciaires, ce qui minimise l’impact de la productivité organique marine sur la pCO₂ atmosphérique. La Terminaison V et MIS 11 enregistrent la plus forte productivité biosphérique des derniers 800 ka et la plus importante production carbonatée marine des 9 derniers interglaciaires dans l’Océan Austral. Alors que la forte productivité carbonatée est une source de CO₂ pour l’atmosphère, l’augmentation de la productivité de la biosphère permettrait de contrebalancer l’augmentation de pCO₂ via la photosynthèse
During glacial-interglacial cycles of the Quaternary, the atmospheric CO₂ (pCO₂) concentration is associated with important variations, in particular during transitions between glacial and interglacial periods, also called terminations, with increases of up to 100 ppm of pCO₂ in a few thousand years. While the roles of oceanic circulation and sea-ice cover on pCO₂ are studied for several years now, little is known on the impact of biological productivity. The goal of this thesis is to reconstruct the past changes in biological productivity and to estimate their contributions on atmospheric pCO₂ variations over the last 800 000 years (ka), with particular attention to Termination V (~425 ka) and Marine Isotope Stage (MIS) 11, the interglacial period around 400 ka. Two different approaches were combined to reconstruct global and local variations of biological productivity. Measurements of Δ¹⁷O of O₂ in the air trapped in the Antarctic EPICA Dome C ice core between 400 and 800 ka allowed to complete the pre-existing record and trace back variations of global biosphere productivity expressed in oxygen fluxes over the past 800 ka. Micropaleontological (coccoliths, foraminifera) and geochemical (TOC, CaCO₃, XRF) analyses were performed on a sediment core of the Indian sector of the Southern Ocean (MD04-2718) to reconstruct the changes in biological pump efficiency over the past 800 ka. The results obtained during this thesis showed that, at the scale of glacial-interglacial cycles, global biospheric productivity and Southern Ocean carbonate production are more important during interglacial periods compared to glacial periods, minimizing the impact of marine organic productivity on atmospheric pCO₂. Termination V and MIS 11 register the strongest biosphere productivity of the past 800 ka and the highest marine carbonate production of the past 9 interglacial periods in the Southern Ocean. While the important carbonate production is a source of CO₂ for the atmosphere, the rise in biosphere productivity would counterbalance the increase in pCO₂ through photosynthesis

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Grimm, Christian. "Charge particulaire fluviale : effet sur productivité primaire et implications sur le cycle global du carbone organique". Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30322/document.

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Resumen

L'apport de matière particulaire fluviale (MPF) aux eaux naturelles joue un rôle essentiel dans le cycle global des éléments et influence le cycle du carbone organique (Corg) de deux façons: 1°, les MPF comprennent une source importante d'éléments nutritifs qui peuvent augmenter la production primaire dans les océans. Par exemple, le flux global de MPF de nutriments tels que Si, P et Fe dépasse son flux dissous par des facteurs de 50, 100 et 350. 2°, l'apport de MPF des continents aux océans est un contrôle majeur de la séquestration du Corg, un processus essentiel dans la réduction du CO2 à long terme par le cycle de Corg. Pour explorer le lien entre l'apport de MPF et la production primaire dans les eaux naturelles, une série d'expériences de croissance a été réalisée impliquant deux producteurs primaires abondants: la cyanobactérie d'eau douce Synechococcus sp. (SYN), et la diatomée marine Thalassiosira weissflogii (TW). Des expériences ont été réalisées en présence et en l'absence de différentes MPF et à différents niveaux nutritifs initiaux. Les résultats démontrent que les MPF augmentent nettement la croissance de la biomasse en fonction de la concentration du MPF. Dans les expériences menées avec la cyanobactérie SYN, la présence de MPF a 1) déclenché une croissance bactérienne dans des conditions pourtant défavorables, 2) augmenté la concentration totale de biomasse et 3) déclenché une croissance bactérienne même après la consommation des nutriments initiaux. L'effet positif des MPF sur la croissance de la diatomée marine TW a été le plus évident pour les expériences n'impliquant pas de nutriments, où les diatomées se sont multipliées linéairement en présence de MPF alors que ces cultures sont mortes en absence des MPF. De plus, des études MEB ont montré un contact physique direct entre les microbes ou les substances organiques excrétées par les microbes et les MPF. Conformément aux travaux issus de la littérature, nous suggérons que les microbes peuvent acquérir des nutriments directement à partir des minéraux, ce qui augmenterait le potentiel des MPF en tant que source de nutriments. Le contact direct suggère aussi une augmentation de l'efficacité de piégeage du Corg par l'augmentation 1) du contenu de Corg absorbé sur les surfaces minérales, 2) de l'agglomération des particules organiques et inorganiques et donc la formation de neige marine ou 3) des vitesses de chute de Corg par "mineral ballasting". La fixation directe des microbes sur les surfaces minérales a également été observée dans les échantillons naturels obtenus au cours d'une étude de terrain sur la côte sud islandaise. Dans l'ensemble, cette étude fournit des preuves expérimentales de l'importance des MPF dans le cycle de Corg grâce à son impact sur la production primaire. En outre, ces travaux rassemblent des preuves que les MPF peuvent faciliter l'inhumation de Corg grâce à la fixation de microbes sur les surfaces ou à la formation des agglomérats minéraux- microbes qui chutent rapidement dans la colonne d´eau. Des études complémentaires ont été effectuées pour évaluer la qualité des compositions isotopiques du carbone, afin de préserver les estimations des taux de séquestration du Corg à travers une période géologique donnée. Les variations du degré de production primaire et du piégeage du Corg au cours des temps géologiques sont conservées dans la signature isotopique du C des carbonates. L'utilisation de ces signatures pour reconstruire les conditions environnementales passées exige cependant que ces signatures soient conservées pour des vastes échelles de temps. Les résultats expérimentaux démontrent que la composition isotopique du C de la calcite évolue continuellement vers l'équilibre isotopique entre les fluides et les minéraux. Cette observation suggère que les compositions isotopiques de C dans la calcite pourraient changer notablement si la calcite était constamment dans un déséquilibre isotopique avec son fluide coexistant
The supply of riverine particulate material (RPM) to natural waters plays a vital role in the global cycle of the elements and is considered to influence the organic carbon cycle in two ways. First, RPM comprise a vast source of nutrients which can increase primary production in the oceans. For example, the global RPM flux of nutrients such as Si, P and Fe exceeds its corresponding dissolved flux by factors of 50, 100 and 350. Second, the supply of RPM to the oceans is a major control of organic matter (Corg) burial, an essential process in the long term CO2 drawdown via the organic pathway. To explore the link between RPM supply and primary production in natural waters, a series of microcosm growth experiments was performed with two common primary producing microbes, the freshwater cyanobacteria Synechococcus sp. and the marine diatom Thalassiosira weissflogii. Experiments were performed in the presence and absence of different RPM at different initial nutrient levels. Results demonstrate that RPM significantly increase bacterial biomass growth as a function of RPM concentration. Notably, in experiments conducted with the freshwater cyanobacteria Synechococcus sp., the presence of RPM 1) triggered bacterial growth in otherwise unfavorable conditions, 2) increased total biomass concentration, and 3) induced steady bacterial growth even after consumption of the initial nutrients. The positive effect of RPM on the growth of the marine diatom Thalassiosira weissflogii was most obvious in nutrient free experiments where cultures grew linearly with time in the presence of RPM, whereas these cultures died in RPM free controls. Furthermore, SEM investigations showed direct physical contact between microbes or microbially excreted organic substances and the particulates. In accord with reports in the literature, we suggest that microbes may acquire nutrients directly from the rock, which would again enhance the potential of RPM as source of limiting nutrients. The direct physical contact also suggests an increase in the burial efficiency of Corg through either 1) increasing Corg content absorbed on mineral surfaces, 2) increasing agglomeration and marine snow formation of organic and inorganic particles or 3) increasing organic matter settling velocities through mineral ballasting. The direct attachment of microbes on mineral surfaces was also observed in natural samples obtained from a field study at the Icelandic South coast. The positive effect of RPM on microbial growth and its effect on Corg burial are complimentary. Agglomeration is a function of suspended particle concentration, organic or inorganic. An elevated biomass concentration induced by the presence of RPM results in a high total suspended matter concentration, thus increasing the particle agglomeration rate. Taken together, this study provides experimental evidence for the importance of RPM in the organic C-cycle through its positive impact on primary production. Furthermore, it compiles evidence that particulates may facilitate organic matter burial through direct attachment of microbes on sediment surfaces or the formation of fast settling mineral/microbe agglomerations. Complimentary studies were performed to assess the quality of carbon isotope compositions to preserve estimates of Corg burial rates over geological time. Variations in the degree of primary production and Corg burial during Earths' history are recorded in the C-isotopic signature of marine carbonates. The use of carbon isotopic signatures in carbonates to reconstruct past environmental conditions, however, requires that these signatures are preserved over vast timescales. Experimental results demonstrate, that the carbon isotopic composition of calcite continuously evolves towards mineral-fluid isotopic equilibrium. This observation suggests that calcite C-isotopic compositions might change noticeably if the calcite were continuously in isotopic disequilibria with its co-existing fluid

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Lefebvre, Vincent. "Modélisation numérique du cycle du carbone et des cycles biogéochimiques : application aux perturbations climatiques de l’Ordovicien terminal, du Dévonien terminal et du Miocène moyen". Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10047/document.

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Resumen

Le CO2 est un gaz à effet de serre reconnu comme un forçage important du climat à l’échelle des temps géologiques. Sa variation au cours du Phanérozoïque détermine les périodes froides dites "icehouse" et chaudes dites "greenhouse". Au cours de ces grandes tendances climatiques ont eu lieu des perturbations courtes à l’échelle du Phanérozoïque au cours desquelles le cycle du carbone et donc la concentration en CO2 dans l’atmosphère ont été perturbés. A l’aide d’un modèle numérique du cycle du carbone construit au cours de la thèse et basé sur une version déjà existante et publié par Grard et al. (2005). Les simulations effectuées ont permis de tester différents processus. Au cours du Miocène Moyen, nous mettons en avant la possibilité d’une intensification du stockage de carbone d’origine continentale en déposant 1,5.10*18 moles de carbone en 3 millions d’années. Cette intensification est l’hypothèse la plus plausible pour permettre d’expliquer l’excursion isotopique du ?*13C observée à cette période. Les travaux sur l’Ordovicien terminal ont permis de proposer une nouvelle théorie quant à la mise en place de la glaciation hirnantienne. Cette hypothèse est la mise en place d’un trapp basaltique. Finalement, les travaux concernant le Dévonien terminal ont permis de vérifier l’hypothèse selon laquelle une orogenèse, processus géodynamique s’étalant sur plusieurs dizaines de millions d’années, peut entraîner une perturbation transitoire du cycle du carbone, de quelques millions d’années, associée à la phase de surrection initiale. Nous montrons ainsi que l’orogenèse Eovarisque peut être la cause principale des événements Kellwasser au niveau de la limite Frasnien-Famennien
Carbon dioxide is a greenhouse gas known to be a primary driver of the Earth climate at a geological time scale. Its variation during the Phanerozoic determines icehouse and greenhouse periods. Brief perturbations, marked by carbon cycle and consequently atmospheric carbon dioxide concentration changes, occur during the Phanerozoic. During the PhD a numerical carbon cycle box model has been updated based on a previous version published by Grard et al. (2005). The modelisations realized during the PhD alowed to test different processes leading to a carbon cycle destabilization over several million of years. During the middle Miocene, we propose an intensification of the burial of continental organic carbon by burying 1.5x10*18 mol C in 3 millions of years. This process constitutes the more acceptable scenario that could explain the positive ?*13C excursion of the middle Miocene. Modeling on the Late Ordovician has led to the suggestion of a new hypothesis explaining the Hirnantian cooling : the installation of a continental basaltic province. Finally, the modeling on the Late Devonian has tested the hypothesis that a long-term (more than 10 Myr) geodynamical process such as a major orogeny could lead to a short-term (less than 2 Myr) carbon cycle perturbation associated to the initial mountain uplift. We show that the Eovariscan orogeny can be at the origin of the two Kellwasser events at the Frasnian-Famennian boundary

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Lefebvre, Vincent. "Modélisation numérique du cycle du carbone et des cycles biogéochimiques : application aux perturbations climatiques de l’Ordovicien terminal, du Dévonien terminal et du Miocène moyen". Electronic Thesis or Diss., Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10047.

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Le CO2 est un gaz à effet de serre reconnu comme un forçage important du climat à l’échelle des temps géologiques. Sa variation au cours du Phanérozoïque détermine les périodes froides dites "icehouse" et chaudes dites "greenhouse". Au cours de ces grandes tendances climatiques ont eu lieu des perturbations courtes à l’échelle du Phanérozoïque au cours desquelles le cycle du carbone et donc la concentration en CO2 dans l’atmosphère ont été perturbés. A l’aide d’un modèle numérique du cycle du carbone construit au cours de la thèse et basé sur une version déjà existante et publié par Grard et al. (2005). Les simulations effectuées ont permis de tester différents processus. Au cours du Miocène Moyen, nous mettons en avant la possibilité d’une intensification du stockage de carbone d’origine continentale en déposant 1,5.10*18 moles de carbone en 3 millions d’années. Cette intensification est l’hypothèse la plus plausible pour permettre d’expliquer l’excursion isotopique du ?*13C observée à cette période. Les travaux sur l’Ordovicien terminal ont permis de proposer une nouvelle théorie quant à la mise en place de la glaciation hirnantienne. Cette hypothèse est la mise en place d’un trapp basaltique. Finalement, les travaux concernant le Dévonien terminal ont permis de vérifier l’hypothèse selon laquelle une orogenèse, processus géodynamique s’étalant sur plusieurs dizaines de millions d’années, peut entraîner une perturbation transitoire du cycle du carbone, de quelques millions d’années, associée à la phase de surrection initiale. Nous montrons ainsi que l’orogenèse Eovarisque peut être la cause principale des événements Kellwasser au niveau de la limite Frasnien-Famennien
Carbon dioxide is a greenhouse gas known to be a primary driver of the Earth climate at a geological time scale. Its variation during the Phanerozoic determines icehouse and greenhouse periods. Brief perturbations, marked by carbon cycle and consequently atmospheric carbon dioxide concentration changes, occur during the Phanerozoic. During the PhD a numerical carbon cycle box model has been updated based on a previous version published by Grard et al. (2005). The modelisations realized during the PhD alowed to test different processes leading to a carbon cycle destabilization over several million of years. During the middle Miocene, we propose an intensification of the burial of continental organic carbon by burying 1.5x10*18 mol C in 3 millions of years. This process constitutes the more acceptable scenario that could explain the positive ?*13C excursion of the middle Miocene. Modeling on the Late Ordovician has led to the suggestion of a new hypothesis explaining the Hirnantian cooling : the installation of a continental basaltic province. Finally, the modeling on the Late Devonian has tested the hypothesis that a long-term (more than 10 Myr) geodynamical process such as a major orogeny could lead to a short-term (less than 2 Myr) carbon cycle perturbation associated to the initial mountain uplift. We show that the Eovariscan orogeny can be at the origin of the two Kellwasser events at the Frasnian-Famennian boundary

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Krieger, Jean-Philippe. "Réarrangements de cycles et activation de liaisons C-H : synthèse de macrocycles". Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066765.

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Les macrocycles suscitent un intérêt croissant en chimie médicinale et le développement de voies d'accès efficaces à cette classe de composés représente un enjeu considérable. La première partie des travaux a été consacrée à la synthèse de paracyclophanes fonctionnalisés incorporant des hétéroatomes, à partir de diènes tricycliques et de diénophiles acétyléniques, par des réactions de Diels-Alder et rétro-Diels-Alder en cascade. Les diènes tricycliques précurseurs ont été obtenus à partir de briques moléculaires faciles d'accès en utilisant une séquence réactionnelle efficace faisant intervenir un couplage de Sonogashira, une semi-hydrogénation d'alcyne et une électrocyclisation à six électrons pi. Les diènes tricycliques ainsi obtenus ont été engagés dans des réactions de Diels-Alder intermoléculaires/rétro-Diels-Alder et ont conduit à des paracyclophanes dont le cycle aromatique est trisubstitué. Une version intramoléculaire de cette séquence a été développée et a permis d'accéder à des paracyclophanes en cage possédant un cycle aromatique tri- ou tétrasubstitué. La seconde partie des travaux porte sur la mise au point de macrocyclisations par activation de liaisons C-H aromatiques et vinyliques. En présence d'un complexe de ruthénium(II) comme catalyseur, la cyclisation d'acides Ométhylhydroxamiques substitués par une chaîne incorporant un alcyne en position éloignée a pu être accomplie pour accéder à des isoquinolonophanes. Par analogie, des pyridones macrocycliques ont été obtenues à partir de dérivés d'acides hydroxamiques alpha,bêtainsaturés, substitués par une chaîne acétylénique, en utilisant un complexe de rhodium(III) comme catalyseur
There is currently a growing interest for macrocycles as scaffolds in medicinal chemistry. Therefore, the development of new and efficient strategies toward this class of compounds represents a major challenge. In the first part of our research work, we have been interested in the synthesis of functionalized paracyclophanes incorporating heteroatoms, capitalizing on a Diels-Alder/retro-Diels-Alder reaction sequence from tricyclic dienes and acetylenic dienophiles. The tricyclic dienes precursors could be quickly assembled from simple and readily available building blocks, using a reliable sequence involving a Sonogashira cross-coupling, the semi-hydrogenation of an alkyne and a six-pi electron electrocyclization. The resulting tricyclic dienes were engaged in an intermolecular Diels-Alder/retro-Diels-Alder reaction sequence to provide paracyclophanes possessing a trisubstituted aromatic ring. An intramolecular version of this sequence was devised which enabled access to unique paracyclophanes with a cage architecture incorporating a tri- or tetrasubstitued aromatic ring. The second part of our investigations was devoted to the development of transition metal-catalyzed C-H activation mediated macrocyclizations. In the presence of a ruthenium(II) complex as the catalyst, the cyclization of Omethylhydroxamic acids substituted by a carbon chain possessing a remote alkyne could be achieved and provided an efficient access to macrocyclic isoquinolones. A similar transformation was applied to alpha,betaunsaturated hydroxamic acids derivatives substituted by an acetylenic chain, using a catalytic system based on a rhodium(III) complex, to afford macrocyclic pyridones

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Deleens, Raynald. "Contribution au développement de nouvelles carbofonctionnalisations d'alcènes, préparation de polycycles aminofonctionnalisés en jonction de cycles et synthèse d'un disélénure chiral de symétrie C2". Rouen, 2002. http://www.theses.fr/2002ROUES062.

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Ce travail focalise sur la mise au point de nouvelles réactions de carbofonctionnalisation et de nouvelles stratégies destinées à la synthèse de cycles et de polycycles fonctionnalisés. Dans une première partie, l'étude d'une nouvelle méthodologie de carbofonctionnalisation d'alcènes, reposant sur l'interaction entre un ion épisélénonium et un silane non activé, a été abordée. Deux processus, intermoléculaire et intramoléculaire, sont considérés. Plusieurs voies de synthèse des différents précurseurs sont décrites. Les conditions opératoires permettant la formation de l'ion épisélénonium, ainsi que la rupture de la liaison carbone-silicium, ont été définies. Les essais ne permettent cependant pas d'observer la cyclisation attendue. Une stratégie de synthèse de bicycles comportant un atome d'azote en jonction de cycle est présentée ensuite. Le processus repose sur l'utilisation d'équivalents synthétiques du nitroacétylène dans une double réaction séquentielle de cycloaddition. En particulier les β-phénylthionitroéthylène et β-phénylsélénonitroéthylène ont été utilisés comme diénophile. Les conditions hyperbare permettent la préparation des cycles attendus avec de bons rendements, et de bonnes régiosélectivité et stéréosélectivité. La mise au point d'une nouvelle méthode d'insaturation du cycloadduit primaire, faisant intervenir un carbénoi͏̈de, permet de générer les nitroalcènes cycliques nécessaires pour la seconde réaction de Diels-Alder. Les conditions sont douces et fournissent les produits attendus avec des rendements bons à excellents. L'activation thermique et hyperbare permet la production des cycloadduits finaux avec de bons rendements. Une version asymétrique des réactions impliquées dans ces deux premières parties est possible. A cette fin, la conception et la synthèse d'un nouvel inducteur chiral, de symétrie C2, à partir de proline, sont décrites. L'évaluation du pouvoir d'induction de ce disélénure et de ses dérivés est en cours
This work deals with the optimisation of new strategies for the synthesis of functionalised polycycles. In the first part, the study of a new methodology of alkenes carbofunctionalisation, based on the interaction between an episelenonium ion and a non activated silane, was examined. A strategy for the synthesis of bicyclic skeleton with a nitrogen atom at the junction is then described. It is based on the utilisation of nitroacetylene synthetic equivalents in a sequential double cycloaddition reaction. Hyperbaric conditions give access to expected adducts in good yields, and good regio and stereoselectivity. The optimisation of a new method to introduce a double bond in the cycloadduct, using carbenoid, yields cyclic nitroalkenes that could be involved in a second Diels-Alder reaction. An asymmetric version of the reactions described in these two parts is possible. Thus, the conception and the synthesis of a new chiral inductor, parenting a C2 symmetry, from proline, are described

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Paris, Guillaume. "Réponses du système Terre aux perturbations géologiques du cycle du carbone. Isotopes du carbone, modelisation et apport des isotopes du bore". Phd thesis, Institut de physique du globe de paris - IPGP, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00655630.

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L'étude des perturbations géologiques du cycle du carbone permet d'améliorer la compréhension du cycle moderne du carbone et de mieux appréhender les effets des perturbations de la teneur en CO2 atmosphérique. En particulier, les crises géologiques fournissent un objet d'étude permettant de mieux connaître les capacités de réactions de l'environnement en situation de stress. Nous avons étudié la crise de la limite Trias‐Jurassique (TJ) selon une approche combinée entre modélisation et étude multi‐traceur centrée sur les isotopes du carbone de la matière organique et des carbonates. La limite TJ est caractérisée dans les coupes téthysiennes par la succession de deux excursions négatives de la composition isotopique du carbone organique. La première est associée à une extinction de masse et une crise de la production carbonatée. Nous montrons grâce au modèle GEOCLIM que la mise en place de la Province Magmatique de l'Atlantique Central (CAMP) a pu engendrer la crise de la production carbonatée en prenant en compte les observations selon lesquelles cette mise en place s'est faite sous forme de pulses intenses (<400 ans). L'émission de carbone mantellique léger (<‐20‰), si son existence est confirmée, permet d'expliquer cette première excursion isotopique. L'analyse des isotopes du carbone et de l'azote de coupes anglaises et autrichiennes a permis de caractériser les conséquences locales des perturbations globales de la transition du Trias vers le Jurassique (mise en place de la CAMP et variations du niveau marin) et les difficultés de récupération de la pompe biologique dans des bassins perturbés par une forte production primaire procaryote. La composition isotopique du bore (δ11B) des carbonates fournit un outil supplémentaire pour de telles études car elle permet de reconstituer le pH océanique. Cependant, les disparités analytiques entre laboratoire induisent une grande confusion dans l'utilisation de cet outil. Nous proposons ici une méthode d'injection facilitant l'analyse de ces isotopes sur MC‐ICP‐MS et l'appliquons à l'étude de carbonates du Jurassique moyen pour mieux comprendre les causes et conséquence de la crise de la sédimentation carbonatée qui a alors lieu. Nous restons cependant limités dans nos conclusions car le pH déduit des valeurs du δ11B des carbonates dépend également des valeurs du δ11B océanique. Nous avons initié la reconstruction de cette courbe en mesurant les valeurs du δ11B de halites ayant enregistré les valeurs de l'eau de mer. Nous montrons que des variations notables existent, cohérentes avec les paramètres de la géodynamique. Les différentes approches que nous proposons dans ce travail mettent en évidence l'intérêt des approches multi‐traceurs et multidisciplinaires et ouvrent la voie à de nouvelles considérations sur les contrôles de la pCO2 atmosphérique et de la chimie océanique.

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Dusza, Yann. "Toitures végétalisées et services écosystémiques : favoriser la multifonctionnalité via les interactions sols-plantes et la diversité végétale". Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066033/document.

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Les toitures végétalisées sont des écosystèmes urbains et construits en essor constant en France et dans le monde. Elles sont associées à plusieurs services écosystémiques tels que la limitation du ruissellement des eaux de pluie vers les canalisations, la réduction des effets d'îlots de chaleur urbains ou l'augmentation de la biodiversité en ville. L'amélioration de la quantité et de la qualité des services écosystémiques attendus nécessite de comprendre l'influence des interactions entre les composantes de la toiture végétalisée, à savoir la composition du sol, sa profondeur et la communauté végétale, sur les multiples fonctions écosystémiques associées. Pourtant, ces interactions n'ont jamais été étudiées dans le contexte des toitures végétalisées. A l'aide d'expérimentations en milieu contrôlé puis en conditions réelles sur une toiture parisienne, nous avons cherché à comprendre comment les interactions entre les composantes des toitures végétalisées influencent des fonctions majeures liées aux cycles biogéochimiques du carbone, de l'azote et de l'eau, ainsi qu'à la pollinisation. Nous avons mis en évidence une influence majeure des interactions entre type de sol, profondeur du sol, espèces de plantes et diversité végétale sur (1) le niveau de réalisation des fonctions écosystémiques ainsi que (2) les interactions entre ces fonctions. Nous avons montré que le choix des composantes d'une toiture pouvait conduire à des compromis entre services écosystémiques. Nous proposons des pistes de conception et de gestion pour obtenir des toitures végétalisées multifonctionnelles
Green roofs are urban constructed ecosystems, associated with multiple ecosystem services, such as urban heat island and stormwater runoff mitigation or support for biodiversity. Enhancing the quality and quantity of expected ecosystem services requires to understand how interactions between substrate composition, substrate depth and plant community affect multiple ecosystem functions. However, such interactions have never been studied on green roofs. Using experimental approaches under controlled and real conditions on a Parisian rooftop, we focused on the influence of soil-plant interactions on key ecosystem functions related to carbon, nitrogen and water cycles as well as pollination. We highlighted that interactions between substrate type, substrate depth, plant species and plant diversity affect (1) the level of ecosystem functions and (2) interactions between functions. We found that the choice of green roof components could lead to trade-offs between ecosystem services. We propose general guidelines for the conception and management of multifunctional green roofs

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Branchu, Philippe. "Cycle du carbone et des éléments majeurs et traces dans les grands lacs de rift tropicaux (Lacs Tanganyka et Malawi) : processus biogéochimiques et enregistrement sédimentaire". Aix-Marseille 3, 1996. http://www.theses.fr/1996AIX30062.

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Cette etude porte sur le comportement des elements majeurs (c, n, p, s, ca, mg, si, k, na, cl), de certains elements mineurs et traces (fe, al, mn, f, ti, v, cr, co, ni, cu, zn, sr, mo, cd, ba, pb) dans les systemes lacustres tanganyika et malawi (rift est-africain). Les apports au lac, la colonne d'eau et les sediments sont etudies. Les apports au lac sont domines par les affluents dont la composition chimique est controlee 1) par l'alteration des roches du bassin versant, 2) par l'hydrothermalisme. Les rejets anthropiques sont presents ponctuellement. Les concentrations en metaux polluants sont fortes et depassent, pour certains elements, les concentrations maximales conseillees par l'oms. Les processus physico-chimiques dans la colonne d'eau et les sediments superficiels sont associes a la stratification thermique et chimique de la colonne d'eau. Cette stratification perenne est controlee par la degradation microbienne de la matiere organique et par les phenomenes de melange entre les couches d'eau. Le comportement des elements en trace depend de leur solubilite et de la stabilite des phases porteuses au cours du trajet pe/ph suivi par les eaux de la surface jusqu'au fond du lac. Un essai de modelisation du systeme lacustre, pour les elements majeurs et en trace, est propose. La perturbation de l'enregistrement sedimentaire au cours de la diagenese precoce a ete caracterisee dans les sediments du lac malawi. Les modifications de l'assemblage mineralogique, du rapport c/n, le non equilibre des conditions redox dans le sediment et les variations de concentration en chlore des eaux interstitielles marquent les changements historiques dans les conditions de depot lies a des variations du niveau du lac

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Forest-Drolet, Julie. "Répartition du carbone et de l’azote des fractions de la matière organique du sol sous différents types de rotations, de travail de sol et de sources fertilisantes dans le nord du Québec : effets à long terme". Master's thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/66701.

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L’objectif de cette étude était d’évaluer les effets à long terme (28 ans) de huit itinéraires agronomiques sur les stocks de carbone organique du sol (COS) et d’azote (N) du sol, et leur répartition dans les fractions de la matière organique (MOS) par un fractionnement granulo-densimétrique (fraction légère [MOL] et fractions lourdes > 53, 53-20, 20-2 et < 2 µm) à deux profondeurs(0-10, 10-30 cm). Le projet, établi en 1989 à Normandin (Québec), consiste en un dispositif en tiroirs à trois facteurs combinant la rotation (monoculture d’orge ou rotation orge grainée-prairie-prairie), le travail du sol (labour ou chisel) et la source fertilisante (engrais minéral ou lisier de bovin). Les résultats ont démontré que les effets de la source fertilisante et du travail de sol sur les stocks de COS et N diffèrent selon la rotation établie. Dans la monoculture d’orge, le chisel a favorisé une accumulation de N en surface alors que l’enfouissement des résidus de cultures par le labour a entrainé des gains de COS et de N en profondeur à la fois dans la fraction légère ainsi que dans les fractions lourdes et fines. Toujours dans la monoculture d’orge, le lisier a enrichi le sol en N dans les10 premiers cm seulement, particulièrement dans les fractions lourdes > 53, 2-20 et < 2 µm. Les mêmes tendances ont été observées dans la rotation orge-prairies, mais les écarts n’étaient pas significatifs, probablement parce que le sol sous prairie était déjà très riche en MOS. À long terme, les itinéraires à prédominance de prairies représentent des systèmes capables d’atteindre de hauts niveaux de MOS, sans égal aux itinéraires composés strictement de cultures annuelles. De ce fait, l’absence d’augmentation significative du COS et du N selon la source fertilisante dans la rotation orge-prairies suggère que l’accumulation de MOS dans le sol soit sujette à saturation.

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Gabrielle, Benoît. "Modélisation des cycles des éléments eau-carbone-azote dans un système sol-plante et application à l'estimation des bilans environnementaux des grandes cultures". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1996. http://www.theses.fr/1996ECAP0491.

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L’évaluation de l’impact environnemental des grandes cultures constitue un enjeu croissant à la fois au niveau de la protection du milieu et, au niveau scientifique, en termes de connaissance et de modélisation des processus sources de pollution. En nous restreignant aux pollutions liées à l’élément azote, nous avons procédé à un suivi expérimental ainsi qu’à une modélisation des flux associés, dans le cadre notamment d’une culture de colza à valorisation énergétique. Nous nous sommes intéressés d’une part au lessivage de nitrate sous la zone racinaire, et d’autre part aux émissions d’oxyde nitreux et d’ammoniac vers l’atmosphère. Parmi les différentes approches présentes dans la littérature, deux modèles ont été sélectionnés, correspondant respectivement à une option simple et opérationnelle (modèle CERES), et à une option plus mécaniste et conceptuelle (modèle Daisy). Cinq jeux de données expérimentales couvrant différentes conditions pédo-climatiques ont permis de tester, voire d’améliorer les sous-modèles de transfert d’eau et de nitrate dans le sol, de dénitrification, et de croissance et d’assimilation d’azote par la culture. Globalement, les précisions des modèles CERES et DAISY se sont révélées similaires, DAISY étant plus performant pour la simulation des transferts de masse dans le sol, et CERES pour la simulation de la croissance du colza. En fait, la précision des modèles dépend du type de milieu simulé : nous proposons alors qu’une classification fonctionnelle des sols pourrait servir de base pour déterminer la forme du modèle à utiliser pour une précision optimale en fonction des données d’entrée disponibles. Enfin, les quelques améliorations proposées concernant la composante sol du modèle simple (CERES) ont permis une prédiction satisfaisante des flux eau-carbone-azote dans le système sol-plante
The field-assessment of the environmental impacts of crop production has emerged as a critical issue, since modern agriculture should be expected not to pose major threats. We have here assessed the nitrogen (N) pollutions, caused by such a crop (oilseed rape), through both experimental and modeling approaches. Two types of pollution were investigated : the leaching of nitrate below the root zone, and the gaseous emissions of ammonia (NH3) and nitrous oxide (N2O) to the atmosphere. The prediction of N fluxes at the boundaries of the soil-crop system requires the use of a model simulating the dynamics of water, carbon and N within this system. Among the approaches of various complexities undertaken in the literature, we chose two models representing either a simple (CERES) or a more theoretical (DAISY) viewpoint. Five data sets corresponding to a range of climate and soil conditions were used to test various options for both models. None of the models clearly outranked the other. DAISY performed better as regards heat and mass transfer in soil, but CERES proved a superiority for the simulation of crop growth. Actually, the precisions of the models were also dependent on the type of medium investigated : we then suggested that a functional classification of soils could serve as a basis for determining the form of model to use, that would offer the best precision for a given set of available inputs. Overall, the modifications we proposed to the soil components of CERES allowed this simple approach to yield a satisfactory accuracy in the prediction of the water, carbon and nitrogen fluxes in the soil-crop system

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El, Boukhary Mohamed Salem. "Impact des activités humaines sur les cycles biogéochimiques en mer Méditerranée". Paris 6, 2005. http://www.theses.fr/2005PA066202.

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Ayache, Mohamed. "Modélisation d’éléments traces (T, 3He, Nd, 14C) en mer Méditerranée pour l’étude des cycles biogéochimiques et de la circulation océanique". Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV138.

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Resumen

Dans cette thèse nous avons simulé la distribution d’éléments traces en Méditerranée, dans le but de mieux contraindre la circulation thermohaline et les cycles biogéochimiques. Pour cela, nous avons utilisé le modèle dynamique à haute résolution NEMO-MED12 couplé avec le modèle de biogéochimie marine PISCES.La Méditerranée offre un cadre particulièrement attrayant pour l’étude des traceurs géochimiques. Il s’agit d’une mer semi-fermée, ce qui permet de mieux contraindre les différentes sources et puits des éléments (poussières atmosphériques, fleuves …). Plus particulièrement, nous avons modélisé le tritium (3H), traceur transitoire couramment utilisé pour l’étude de la variabilité interannuelle de la circulation thermohaline. Nous avons aussi simulé les isotopes de l’hélium (3He, 4He), traceurs conservatifs injectés par l’activité volcanique sous-marine et les sédiments, pour contraindre la circulation profonde. Nous nous sommes intéressés également à la composition isotopique du Néodyme (Nd), traceur permettant d’étudier les échanges de matière avec les marges continentales, ainsi qu’à la modélisation du radiocarbone (14C), qui permet d’avoir des informations uniques sur les variations de la circulation thermohaline et des processus de mélange sur les périodes récentes et passées.Cette ensemble de simulations nouvelles et la confrontation avec des observations récentes d’éléments traces issues de différents programmes d’observation (GEOTRACES, METEOR, PALEOMEX), a apporté une expertise nouvelle et supplémentaire sur la dynamique et les cycles biogéochimique en mer Méditerranée. Ce travail contribue à améliorer le modèle régional NEMO/Med12/PISCES développé pour ce bassin, apporte une expertise essentielle pour développer notre aptitude à prévoir l’évolution future de ce bassin sous la pression du changement anthropique
Useful diagnostics of the ventilation of the ocean’s interior are derived from geochemical tracers characterized by simple boundary conditions at the ocean’s surface, and a conservative behavior in marine waters. In this thesis, we simulated explicitly some trace elements distribution in the Mediterranean to better constrain the thermohaline circulation and biogeochemical cycles. We used a high resolution physical/biogeochemical model NEMO-MED12-PISCES.The Mediterranean offers a particularly attractive setting for studying geochemical tracers. It’s a semi-enclosed basin, which makes it easier to quantify the various sources and sinks of the elements (atmospheric dust, rivers ...). In particular, we modeled tritium (3H), a transient tracer currently used for the study of the interannual variability of the thermohaline circulation. We also simulated helium isotopes (3He, 4He), useful tracers for investigating the deep ocean circulation.We have simulated the isotopic composition of neodymium (Nd), tracer adapted to investigate the exchanges between dissolved/particulate phases, with the continental margins, and to constrain the modern and paleo thermohaline circulation, as well as radiocarbon (14C), an ideal tracer for studying air-sea gas exchange and for assessing the ventilation rate of the deep water masses over very long timescales.This study is part of the work carried out to assess the robustness of the NEMO-MED12 model, which will be used to study the evolution of the climate and its effect on the biogeochemical cycles in the Mediterranean Sea, and to improve our ability to predict the future evolution of the Mediterranean Sea under the increasing anthropogenic pressure

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Hassan, Ali. "Traitement thermochimique et caractérisation spectro-électrochimique des électrodes en feutre de carbone, utilisées dans des cellules pilote d'une batterie à circulation tout vanadium". Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30144.

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Resumen

La demande croissante d'énergie au niveau mondial fait que les énergies obtenues de ressources renouvelables connaissent un essor important, notamment dans la production globale d'électricité propre (ne générant pas des gaz à effet de serre, tels les combustibles fossiles enrichis en carbone). La nature 'intermittente' de ces ressources renouvelables d'énergie implique l'utilisation des dispositifs de stockage de grande échelle, efficaces et économiquement compétitifs. Les batteries à circulation, tout vanadium (VRFB) sont des dispositifs de stockage prometteurs pour les applications stationnaires. En effet, l'absence de contamination irréversible de l'électrolyte est l'avantage principal de cette batterie dont le nombre de cycles 'charge-décharge' est théoriquement illimité. Le graphite et le feutre de graphite sont des matériaux d'électrodes à faible coût utilisés par les VRFB ; cependant le système V(V)/V(IV) (électrode positive) est cinétiquement lent sur ce matériau et introduit une surtension diminuant la tension délivrée par la batterie. Différentes méthodes (chimiques, thermiques, électrochimiques,...) ont été conçues lors de cette thèse pour activer la surface du graphite commercial, càd. améliorer son activité électrocatalytique vis-à-vis de la réaction (VO2 + ⇌VO2+) ayant lieu à l'électrode positive. Cette amélioration a été caractérisée par voltammétrie linéaire (état quasi-stationnaire) et cyclique (état transitoire). En outre, la morphologie de l'électrode et son état de surface ont été analysés par infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et par microscopie électronique à balayage (SEM). De plus, l'interaction électrode-électrolyte a été quantifiée par des mesures d'angle de contact qui ont permis de déterminer l'énergie libre de surface. L'activation de l'électrode a généré différents groupes oxygénés (C-OH, C = O, COOH) sur sa surface, laquelle a par ailleurs augmenté du fait d'une certaine érosion et donc la création d'une rugosité ; ceci s'est traduit par : i) l'augmentation de 35% de l'amplitude du courant du pic obtenu par voltamétrie cyclique (pour le système VO2+/VO2+) et ii) le rapprochement des pics anodique et cathodique (ΔEpics= 300 mV). Les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) ont été effectués pour évaluer le rôle de ces groupes oxygénés sur la réactivité du système redox VO2+/VO2+(à l'électrode positive). DFT montre que ces groupes d'oxygéne augmente l'hybridation sp3 dans la structure du graphite, ce qui facilite les réactions redox. La constante de transfert électronique hétérogène intrinsèque (k °) de ce même système redox a augmentée de 2,6 et 6,1 fois pour l'oxydation (V(IV)→V(V)) et la réduction (V(V)→V(IV)), respectivement. Par ailleurs l'augmentation constatée de l'énergie libre de surface du feutre de graphite (de 13,9 mN / m à 53,29 mN / m) traduit l'amélioration, par le traitement, des interactions électrode-électrolyte. La performance de l'électrode a été évaluée dans une demi-cellule classique par des cycles de charge/décharge et les résultats ont montré que la tension aux bornes durant la charge diminue (de 1,18 V à 1,04 V) alors que celle obtenue en décharge augmente (de 0,42 V à 0,75 V), après l'activation de GF. Des cycles charge/décharge ont également été réalisés avec un réacteur électrochimique filtre presse (pile et électrolyseur pour VRFB), ayant une surface géométrique de 100 cm2 de GF dans chaque compartiment électrolytique. Grace au traitement effectué, le rendement énergétique et la tension aux bornes se sont améliorés de 20% et 13% respectivement, dans le cas d'une électrolyse en mode galvanostatique (50 A.m2), ce qui montre que les méthodes d'activation proposées sont efficaces et en outre faciles à mettre en œuvre
Increase of the share of renewable energy in the overall power production can ensure the future energy demand and help to cope with the environmental challenges inherent to the carbon enrich fossil fuels. Due to intermittent nature of these renewable resources, cost competitive and efficient energy storage devices are required. Vanadium redox flow batteries (VRFBs) are promising storage devices for the stationary applications due to its easy scalability, long charge-discharge cycles. The graphite and the graphite felt are low cost electrodes materials used by VRFBs which exhibits low kinetic reversibility of the redox reaction involving the system V(V)/V(IV) in the positive half-cell; this fact is responsible of significant kinetics overpotential decreasing the delivered voltage from the battery. In this work, different methods (chemical, thermal, electrochemical,) were tried to activate the surface of commercial graphite, expecting to enhance its electro-kinetics activity, specifically for the positive half-cell reaction (VO2+⇌VO2+). The enhancement of the electro kinetic activity of the electrode surface was characterized by the cyclic and linear sweep voltammetries. Besides the surface chemistry and morphology were analysed by the Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and Scanning electron microscopy (SEM). In another study, the electrode-electrolyte interaction was quantified by contact angle measurements allowing access to the surface free energy determination. The activation method enables to create different oxygenal groups (C-OH, C=O -COOH) on the graphite surface and to increase the surface area. Both effects lead to i) the increase by 35 % of the current magnitude of the peak obtained by cyclic voltammetry (for the system VO2+/VO2+) and ii) the decrease of the ΔEpeaks of the same system by 300 mV. The density functional theory calculations (DFT) were performed to evaluate the individual catalytic role of the these oxygenal groups against the redox couple VO2+/VO2+(in the positive electrode). DFT shows that these oxygenal groups increase sp3 hybridization in the structure of the felt, that are facilitating the redox reactions. The intrinsic heterogeneous electronic transfer constant (k°) of V(V)/V(IV) system is enhanced by 2.6 and 6.1 times for the oxidation (V(IV)→V(V)) and reduction (V(V)→V(IV)) reactions, respectively. The electrode-electrolyte interaction improves because of the increment of the surface free energy of GF from 13.9 mN/m to 53.29 mN/m. The electrode performance was evaluated in the classical half-cell by charge discharge cycles. The charging voltage decrease from 1.18V to 1.04V and the discharge voltage increase from 0.42V to 0.75V, after the activation of GF. Proposed activation methods are novel, easy and effective. The charge discharge cycles of VRFB were performed at stack level, into the electrochemical plug flow reactor, by using 100 cm2 GF in each electrolytic section. At a current density of 50 A.m-2, there is an improvement of 20 % and 13 % in energy and voltage efficiency (VE) of stack respectively, due to treated electrode

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Criscuoli, Irene. "Stabilité du charbon végétal (biochar) dans le sol et impact sur la productivité et les cycles des nutriments des prairies alpines". Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066574/document.

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Resumen

Le charbon de bois (biochar), est un amendement qui améliore les propriétés physico-chimiques du sol, augmente le stockage du carbone et les productions agricoles. Les anciens sites de production de charbon permettent d'évaluer son impact directement sur le terrain et sur le long terme. Dans les Alpes italiennes on a échantillonné une série de charbonnières daté de 1858 ainsi que les sols de prairies adjacents, ne contenant pas de charbon. 80±21% du carbone provenant de la production du charbon est toujours présent dans le sol et a un temps de résidence moyen de 650±139 ans. Le contenu des nutriments et leur biodisponibilité sont plus élevés dans les charbonnières par rapport à la prairie alentour et, sont plus élevés aujourd'hui qu'en 1858. L'ajout de charbon apporte des nutriments au sol, mais à court terme les ions Ca2+, K+, SO42- et Mg2+ sont lixiviés sous forme de cendres. Le charbon s'avère capable de retenir les dépositions atmosphériques de PO43-, NH4+, NO3- et, sur le long terme, de K+. L'augmentation du contenu en nutriments, la diminution de l'hydrophobie et de la densité apparente du sol augmentent la productivité et la valeur nutritionnelle des espèces alpines fourragères (Festuca nugrescens Lam. et Trifolium pratense L.). La croissance des plantes est limitée par l'azote sur les charbonnière et par le phosphore dans les prairies non-amendés ou amendés récemment. Nous concluons que le charbon/biochar peut être une stratégie pour stocker le carbone dans les sols, augmenter la production de biomasse et la qualité du fourrage des prairies Alpines à long terme. Toutefois les opérations d'enfouissement peuvent être complexes à cause de la géomorphologie des Alpes
Charcoal or biochar is proposed as a soil amendment to improve physio-chemical soil properties, increase soil carbon (C) stocks and agricultural yields. Ancient charcoal hearths provide an opportunity to investigate its impact under field conditions and in the long term. A series of charcoal hearths and adjacent charcoal-free soils under grassland in the Italian Alps abandoned in 1858 was sampled.80±21% of the C originating from ancient charcoal is still present in the soil today and has a Mean Residence Time of 650±139 years. The content of total and available nutrients is higher in the hearths soils compared to the surrounding grasslands and it is higher today compared to 1858. The input of charcoal directly adds nutrients to soils but Ca2+, K+, SO42- and Mg2+ are leached in the short term after application, as they are lost in the form of ashes. Charcoal is able to retain atmospheric depositions of PO43-, NH4+, NO3- and in the long term K+.The increase in soil nutrient content and decreases in hydrophobicity and bulk density translated into higher plant growth and nutritional values of two alpine fodder species (Festuca nigrescens Lam. and Trifolium pratense L.). Plant growth was N-limited in the charcoal hearths soils and P-limited in the surrounding grasslands not amended or recently amended with charcoal/biochar.We can conclude that charcoal/biochar is a long term strategy to store carbon in soils, improve biomass productivity and fodder quality in alpine grasslands. However charcoal/biochar incorporation into soil can be complex because of the geomorphology of the Alps

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AITA, CELSO. "Couplage des cycles du carbone et de l'azote dans les sols cultives : etude, au champ, des processus de decomposition apres apport de matiere organique fraiche". Paris 6, 1996. http://www.theses.fr/1996PA066731.

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Resumen

L'objectif de ce travail a ete de quantifier les transformations couplees de c et n dans un sol, apres incorporation de paille de ble, en absence de plante, a l'echelle d'une annee. Les deux traitements compares ont consiste en l'apport ou non d'une paille de ble doublement marquee (13c 15n). L'evolution des quantites de 13c-paille dans le sol a ete decrite par un modele a deux compartiments, chacun se decomposant selon une cinetique du premier ordre. Le tracage isotopique associe au fractionnement granulometrique a permis de suivre la dynamique des transferts du 13c et du 15n de la paille aux differentes fractions granulometriques du sol. Apres une annee, 23 % du 13c apporte a ete retrouve dans le sol, dont 14 % dans la fraction inferieure a 50 micrometres. La quantite de c et n-biomasse a augmente significativement avec l'apport de paille. Cependant, la quantite de c et n derive de la paille dans cette biomasse n'a represente que 4. 5 et 18. 1 % de c et n apporte, respectivement. La mesure de mineralisation et l'organisation brutes par tracage isotopique 15n, indique que des quantites importantes d'azote sont mises en jeu lors de la decomposition du carbone de la paille par les micro-organismes heterotrophes du sol. Cet effet de la paille sur les flux d'azote n'est plus perceptible un an apres son incorporation au sol et ceci est en accord avec les observations faites sur l'evolution de la biomasse microbienne et du c residuel dans le sol. Ce travail constitue une base de donnees permettant de tester les modeles de biotransformations du c et n. Une premiere comparaison entre valeurs mesurees et simulees pour le c mineralise et les flux bruts d'azote a ete realisee avec le modele cantis developpe par neel (1996).

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Benabdesselam, Youssef. "Étude de l'effet de cycles thermiques sur l'adhérence béton/armature en matériaux composites constituée de polymères renforcés de fibres de carbone et de fibres de verre". Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 1999. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk1/tape8/PQDD_0035/MQ67244.pdf.

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Bonelli, Stefano. "Impact des variations de l'insolation et du CO2 atmosphérique sur l'évolution passée et future des calottes de glace". Versailles-St Quentin en Yvelines, 2009. http://www.theses.fr/2009VERS0054.

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Resumen

La communauté scientifique s’intéresse depuis longtemps à la compréhension du système climatique terrestre. Ce système se caractérise par une grande complexité, due aux interactions entre ses nombreuses composantes (atmosphère, océans, biosphère, lithosphère et cryosphère) opérant à différentes échelles de temps. A ces interactions se rajoute maintenant une forte pression anthropique, capable de modifier l’état du climat, ainsi que l’amplitude et la fréquence de ces variations naturelles. Un des moyens d’étudier et de comprendre les changements climatiques en cours consiste à analyser les variations passées. Ceci permet d’établir des confrontations avec d’autres périodes et transitions de l’histoire de la Terre, ainsi que de tester les résultats des modèles dans des contextes paléo-climatiques contraints par les données. En effet, le climat de la Terre est depuis toujours sujet à des variations. En particulier, le basculement vers des états froids du système (glaciaires) ou, inversement, vers des périodes plus chaudes (interglaciaires) a été l’un des faits marquants des trois derniers millions d’années, connu sous le nom de cycles glaciaires-interglaciaires et amplement documenté par de nombreux marqueurs climatiques (sédiments marins, carottes de glace, enregistrements continentaux). Comprendre les transitions des climats interglaciaires vers les climats glaciaires à l’aide d’un modèle couplé climat-calottes pour différentes échelles de temps (échelle géologique, échelle de temps de Milankovitch et projections futures) constitue l’objectif fondamental de cette thèse. Chacune de ces questions scientifiques est caractérisée par des mécanismes et rétroactions différents. Ce travail de modélisation représente une étape importante dans l’étude de la variabilité lente du climat. Notre analyse est structurée autour de trois axes de recherche correspondants à des périodes différentes de l’histoire de la Terre. Un premier volet est consacré à l’étude de l’englacement de l’Antarctique au Cénozoïque; ceci nous a permis de mettre en évidence les liens complexes entre forçages en gaz à effet de serre, tectonique des plaques (avec notamment l’ouverture du Passage de Drake entre Atlantique et Pacifique sud), climat global et mise en place de la calotte Antarctique. Un deuxième volet est dédié aux interactions climat-calottes à l’échelle de temps de Milankovitch, nous permettant d’obtenir la première simulation “transitoire” du dernier cycle glaciaire-interglaciaire effectuée avec un modèle climatique couplé à un modèle 3D de calottes. La dernière partie de cette thèse est consacrée à l’étude de l’évolution future des calottes polaires, dans le but de reproduire la prochaine entrée en glaciation en l’absence de perturbation anthropique, et d’évaluer les effets des différents scénarios d’émission sur cette transition: aura-t-elle lieu? Sera-t-elle décalée, et de combien? Enfin, cette thèse nous aura permis d’illustrer sur des échelles de temps très différentes l’efficacité et les limites du modèle couplé et offre ainsi de nouvelles perspectives pour l’étude des relations climat-calottes
Better understanding the Earth’s climate system is a major issue for the scientific community. The climate system is characterized by a high degree of complexity, due to the numerous interactions between its various components (i. E. Atmosphere, oceans, biosphere, lithosphere and cryosphere), operating at different timescales. Furthermore, the anthropogenic pressure has also to be considered in a comprehensive description of the climate system, since it is capable of modifying its state, as well as the amplitude and frequency of the natural variability. The study of past climatic variations represents a primary means to understand the ongoing climate change: on the one hand, it allows direct comparison with previous warm episodes, and, on the other, it is useful to validate climate models for paleo-climatic conditions fully different from the present day ones, yet well-constrained by data-sets. Indeed, the Earth’s climate has always been characterized by changes; the transitions between “cold” states (glacial periods) and “warm” ones (interglacials), and vice versa, have been a major feature of the system for the last three million years. These changes are better known as glacial-interglacial cycles, and their existence is recorded in many climatic archives (i. E. Sea sediments, ice cores, continental records). The main goal of this thesis is to better understand the transition from interglacial periods to glacial ones for different timescales (geological timescale, Milankovitch timescale and future projections), by using a fully coupled climate-ice sheet model. Our work represents a step forward in the study of “low frequency” climate variability. We have tested the model performances for three different case studies, corresponding to different periods of the Earth’s history. The first part of this thesis is focused on the study of the Cenozoic glaciation of Antarctica, which enables us to pinpoint the complex links between atmospheric CO2 concentration, tectonics (i. E. The opening of the Drake Passage), global climate and the inception of the Antarctic ice sheet 34 Ma ago. The second part deals with climate-ice sheets interactions at the Milankovitch timescale, and provides a “transient” simulation of the last glacial-interglacial cycle. Finally, the third part is dedicated to the future ice sheet evolution, focusing on the next glacial inception, and on how this transition might be affected by anthropogenic activity. Our approach covers the range of applicability of the coupled model, thus highlighting its strengths, but also its major limitations, and offers new insights for the ongoing studies on the links between climate and ice sheets

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Ayache, Mohamed. "Modélisation d’éléments traces (T, 3He, Nd, 14C) en mer Méditerranée pour l’étude des cycles biogéochimiques et de la circulation océanique". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV138/document.

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Resumen

Dans cette thèse nous avons simulé la distribution d’éléments traces en Méditerranée, dans le but de mieux contraindre la circulation thermohaline et les cycles biogéochimiques. Pour cela, nous avons utilisé le modèle dynamique à haute résolution NEMO-MED12 couplé avec le modèle de biogéochimie marine PISCES.La Méditerranée offre un cadre particulièrement attrayant pour l’étude des traceurs géochimiques. Il s’agit d’une mer semi-fermée, ce qui permet de mieux contraindre les différentes sources et puits des éléments (poussières atmosphériques, fleuves …). Plus particulièrement, nous avons modélisé le tritium (3H), traceur transitoire couramment utilisé pour l’étude de la variabilité interannuelle de la circulation thermohaline. Nous avons aussi simulé les isotopes de l’hélium (3He, 4He), traceurs conservatifs injectés par l’activité volcanique sous-marine et les sédiments, pour contraindre la circulation profonde. Nous nous sommes intéressés également à la composition isotopique du Néodyme (Nd), traceur permettant d’étudier les échanges de matière avec les marges continentales, ainsi qu’à la modélisation du radiocarbone (14C), qui permet d’avoir des informations uniques sur les variations de la circulation thermohaline et des processus de mélange sur les périodes récentes et passées.Cette ensemble de simulations nouvelles et la confrontation avec des observations récentes d’éléments traces issues de différents programmes d’observation (GEOTRACES, METEOR, PALEOMEX), a apporté une expertise nouvelle et supplémentaire sur la dynamique et les cycles biogéochimique en mer Méditerranée. Ce travail contribue à améliorer le modèle régional NEMO/Med12/PISCES développé pour ce bassin, apporte une expertise essentielle pour développer notre aptitude à prévoir l’évolution future de ce bassin sous la pression du changement anthropique
Useful diagnostics of the ventilation of the ocean’s interior are derived from geochemical tracers characterized by simple boundary conditions at the ocean’s surface, and a conservative behavior in marine waters. In this thesis, we simulated explicitly some trace elements distribution in the Mediterranean to better constrain the thermohaline circulation and biogeochemical cycles. We used a high resolution physical/biogeochemical model NEMO-MED12-PISCES.The Mediterranean offers a particularly attractive setting for studying geochemical tracers. It’s a semi-enclosed basin, which makes it easier to quantify the various sources and sinks of the elements (atmospheric dust, rivers ...). In particular, we modeled tritium (3H), a transient tracer currently used for the study of the interannual variability of the thermohaline circulation. We also simulated helium isotopes (3He, 4He), useful tracers for investigating the deep ocean circulation.We have simulated the isotopic composition of neodymium (Nd), tracer adapted to investigate the exchanges between dissolved/particulate phases, with the continental margins, and to constrain the modern and paleo thermohaline circulation, as well as radiocarbon (14C), an ideal tracer for studying air-sea gas exchange and for assessing the ventilation rate of the deep water masses over very long timescales.This study is part of the work carried out to assess the robustness of the NEMO-MED12 model, which will be used to study the evolution of the climate and its effect on the biogeochemical cycles in the Mediterranean Sea, and to improve our ability to predict the future evolution of the Mediterranean Sea under the increasing anthropogenic pressure

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Criscuoli, Irene. "Stabilité du charbon végétal (biochar) dans le sol et impact sur la productivité et les cycles des nutriments des prairies alpines". Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2016. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2016PA066574.pdf.

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Le charbon de bois (biochar), est un amendement qui améliore les propriétés physico-chimiques du sol, augmente le stockage du carbone et les productions agricoles. Les anciens sites de production de charbon permettent d'évaluer son impact directement sur le terrain et sur le long terme. Dans les Alpes italiennes on a échantillonné une série de charbonnières daté de 1858 ainsi que les sols de prairies adjacents, ne contenant pas de charbon. 80±21% du carbone provenant de la production du charbon est toujours présent dans le sol et a un temps de résidence moyen de 650±139 ans. Le contenu des nutriments et leur biodisponibilité sont plus élevés dans les charbonnières par rapport à la prairie alentour et, sont plus élevés aujourd'hui qu'en 1858. L'ajout de charbon apporte des nutriments au sol, mais à court terme les ions Ca2+, K+, SO42- et Mg2+ sont lixiviés sous forme de cendres. Le charbon s'avère capable de retenir les dépositions atmosphériques de PO43-, NH4+, NO3- et, sur le long terme, de K+. L'augmentation du contenu en nutriments, la diminution de l'hydrophobie et de la densité apparente du sol augmentent la productivité et la valeur nutritionnelle des espèces alpines fourragères (Festuca nugrescens Lam. et Trifolium pratense L.). La croissance des plantes est limitée par l'azote sur les charbonnière et par le phosphore dans les prairies non-amendés ou amendés récemment. Nous concluons que le charbon/biochar peut être une stratégie pour stocker le carbone dans les sols, augmenter la production de biomasse et la qualité du fourrage des prairies Alpines à long terme. Toutefois les opérations d'enfouissement peuvent être complexes à cause de la géomorphologie des Alpes
Charcoal or biochar is proposed as a soil amendment to improve physio-chemical soil properties, increase soil carbon (C) stocks and agricultural yields. Ancient charcoal hearths provide an opportunity to investigate its impact under field conditions and in the long term. A series of charcoal hearths and adjacent charcoal-free soils under grassland in the Italian Alps abandoned in 1858 was sampled.80±21% of the C originating from ancient charcoal is still present in the soil today and has a Mean Residence Time of 650±139 years. The content of total and available nutrients is higher in the hearths soils compared to the surrounding grasslands and it is higher today compared to 1858. The input of charcoal directly adds nutrients to soils but Ca2+, K+, SO42- and Mg2+ are leached in the short term after application, as they are lost in the form of ashes. Charcoal is able to retain atmospheric depositions of PO43-, NH4+, NO3- and in the long term K+.The increase in soil nutrient content and decreases in hydrophobicity and bulk density translated into higher plant growth and nutritional values of two alpine fodder species (Festuca nigrescens Lam. and Trifolium pratense L.). Plant growth was N-limited in the charcoal hearths soils and P-limited in the surrounding grasslands not amended or recently amended with charcoal/biochar.We can conclude that charcoal/biochar is a long term strategy to store carbon in soils, improve biomass productivity and fodder quality in alpine grasslands. However charcoal/biochar incorporation into soil can be complex because of the geomorphology of the Alps

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Versini, Antoine. "Effet de la manipulation des litières aériennes sur les cycles du C et de N dans les sols en plantation d'Eucalyptus au Congo". Thesis, Université de Lorraine, 2012. http://www.theses.fr/2012LORR0240/document.

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Resumen

Ces dernières décennies, les plantations à croissance rapide sont apparues comme un moyen de répondre à la demande croissante en produits forestiers ligneux et comme une alternative à l'exploitation des forêts naturelles en zone tropicale. Un enjeu majeur est aujourd'hui de garantir la durabilité de ces plantations souvent installées sur sols pauvres et avec de fortes exportations de biomasse tous les 6-7 ans. Les litières présentes à la surface des sols peuvent jouer un rôle crucial sur la fertilité minérale et organique des sols qui conditionnent la productivité à court et long terme de ces écosystèmes tropicaux. L'objectif de ce travail était de comprendre par quels mécanismes le retrait ou l'ajout de litières influencent le développement de plantations d'Eucalyptus. En parallèle de mesures de croissance des arbres, la dynamique de minéralisation d'azote (N) au cours de la décomposition des rémanents a fait l'objet de plusieurs expérimentations. Les flux de nutriments en solution ont été comparés aux stocks initiaux dans les différents compartiments de l'écosystème et à la minéralomasse des arbres à la fin de l'étude. Un bilan de recouvrement de 15N apporté sous forme de rémanents lors de la plantation a été réalisé à l'échelle de la plantation. L'impact de la manipulation des litières sur les stocks de MO du sol a été évalué à partir d'analyses de sol ainsi que d'un partitionnement complet des sources de CO2 émis à la surface du sol. Les résultats de cette thèse montrent que la rétention des rémanents doit être optimisée et l'exportation de biomasse ligneuse compensée par l'apport de fertilisants, la pratique du brûlage doit être prohibée et les feux sauvages évités
In the last decades, fast-growing plantations have emerged as an important option to supply a growing share of the increasing demand for woody forest products and as an alternative to reduce the pressure on tropical rainforests. A major stake is nowadays to ensure the sustainability of these plantations often established on poor soils with large amounts of biomass exported every 6-7 years. Aboveground litters may play a crucial role on the mineral and the organic soil fertility which drive short- and long-term productivity in these tropical ecosystems. The main objective of our study was to identify the mechanisms involved in the Eucalyptus growth response to aboveground litter removal or addition over the two first years after planting. Apart from measurements of tree growth, the dynamic of nitrogen (N) mineralization in decomposing harvest residues has been studied in several experiments. Nutrient fluxes in soil solutions were compared to nutrient stocks initially contained in ecosystem compartments and to nutrient content within trees at age two years. A complete recovery budget of 15N brought within residues at the harvest was made at the stand scale. The long-term impact of aboveground litter manipulations on soil OM stocks was also assessed. Standard soil analyses (C&N) as well as a complete partitioning of soil CO2 efflux were carried out. The qualitative and quantitative dynamics of dissolved OM received special attention. The results show that the rapid release of potassium and the more progressive release of N contained in aboveground litter largely explain tree growth differences observed among OM management treatments. Eucalyptus tree considerably benefit from the nutrient released throughout litter decomposition since losses by deep drainage were very low as a consequence of soil depth and of the very fast development of roots both in the deep soil layers and in the organic layer. Our study also highlighted the large contribution of the topsoil OM (0-15 cm) for the production of nitrate and dissolved OM in gravitational soil solutions. The use of 15N labelling demonstrated that N is initially retained within the organic layer probably by microbial immobilization; transferred in simultaneous and balanced ways between organic residues components (leaves, barks and branches); and finally transported in particulate OM toward the mineral topsoil layer by gravitational water, supplying thus the soil OM pool on which the soil fertility relies. The retention of aboveground litter contributed to maintain soil OM stocks after the clear-cutting while its removal led to an initial decrease in soil OM stocks at the beginning of the rotation, which seemed to be balanced thereafter by litterfall inputs. The addition of litter led to an increase in dissolved OM fluxes in the first 15 centimeters of the soil profile which remained insignificant in comparison with soil OM stocks and exhibited low interactions with soil OM. Despite the rapid recovery of the soil OM pool, some nutrients might limit the productivity of these plantations after several rotations, as a result of repeated biomass exportation. Consequently, the retention of organic residues at the harvest should be optimized and the exportation of woody biomass must be compensated by fertiliser addition, burning of organic residues must be prohibited and wild fires prevented

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Ramondenc, Simon. "Analyse des variations spatio-temporelles du zooplancton gélatineux et son effet sur les flux de matières à l'aide d'une approche combinant expérimentation et écologie numérique". Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2017. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2017PA066528.pdf.

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Resumen

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

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Pepin, Laurence. "Variations de la teneur en CO2 de l'atmosphère au cours des 4 derniers cycles glaciaire-interglaciaires, à partir de l'analyse de la carotte de Vostok (Antarctique) : implications sur l'évolution du climat et du cycle du carbone". Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00701284.

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Les 420 000 ans d'archives du climat et de la composition de l'atmosphère, constituées par la carotte de Vostok, offrent la possibilité unique de reconstruire l'évolution de la teneur en dioxyde de carbone (CO2) de l'atmosphère au cours des 4 derniers cycles glaciaireinterglaciaires. La représentativité atmosphérique de la teneur en CO2 de cette carotte est discutée en tenant compte des processus physiques susceptibles d'altérer l'information et de la mesure du rapport O2/N2 mise au point au cours de ce travail. La représentativité de l'enregistrement CO2 de Vostok est aussi discutée à partir de sa comparaison avec différents enregistrements glaciaires antarctiques. On constate que la teneur en CO2 de l'atmosphère pendant les interglaciaires est de 280 à 300 ppmv (partie par million en volume) hors de l'influence anthropique, alors que la concentration caractérisant les périodes glaciaires est d'environ 180 ppmv. Ces variations sont à mettre en parallèle à celles de la température en Antarctique qui présente des oscillations d'environ 10°C. Les causes des changements climatiques sont encore mal comprises. En comparant l'évolution temporelle du CO2 à celle des températures aux hautes latitudes Sud et Nord, du niveau des mers et de la quantité de poussières continentales parvenant à Vostok, ce travail met en évidence des liens de causalité possibles entre les variations de ces différentes paramètres. Par confrontation avec d'autres enregistrements climatiques (Groenland, enregistrements marins), nous proposons également des mécanismes susceptibles d'expliquer les changements glaciaire-interglaciaires de la teneur en CO2 de l'atmosphère, ainsi que l'enchaînement des évènements caractérisant les oscillations climatiques. Il ressort de cette étude que le rôle de l'hémisphère Sud semble prépondérant et que l'étendue de la glace de mer, en Atlantique Sud en particulier, pourrait jouer un rôle clef dans la genèse des changements climatiques glaciaire- interglaciaires.

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Manuel, Isabelle. "Étude cinétique et modélisation de réactions mises en jeu en calalyse trois-voies". Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066437.

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Ramondenc, Simon. "Analyse des variations spatio-temporelles du zooplancton gélatineux et son effet sur les flux de matières à l'aide d'une approche combinant expérimentation et écologie numérique". Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066528/document.

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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

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Braghiroli, Flavia Lega. "Polyphénols végétaux traités par voie humide : synthèse de carbones biosourcés hautement poreux et applications". Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0249/document.

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Les ressources renouvelables sont considérées comme des alternatives durables, et parfois moins chères, aux matières premières d'origine pétrochimique. Dans cette thèse, on a utilisé du tanin provenant d’écorces de Mimosa comme précurseur de matériaux carbonés. La synthèse de ces nouveaux matériaux carbonés comprend un processus en deux étapes: la première étape est un traitement hydrothermal à des températures modérées, de 180 à 200°C, ce qui permet l'enrichissement en carbone ainsi que la fixation des hétéroatomes et la production de différentes morphologies: microsphères ou gels. La deuxième étape est une carbonisation à une température plus élevée, à savoir 900°C, ce qui permet d'augmenter la surface spécifique, la porosité ainsi que la conductivité électrique. La préparation d’un carbone poreux présentant des mésopores parfaitement définis en taille et dans leur organisation a été réalisée en associant le tanin, précurseur de carbone, à un tensio-actif structurant de la porosité, le copolymère Pluronic F127. Ces nouveaux matériaux carbonés ont été testés comme des électrodes de supercondensateur
Renewable resources are considered as sustainable, and sometimes cheaper, alternatives to substitute raw materials of petrochemical origin. We used tannins extracted from Mimosa barks. Tannin is an attractive precursor to synthesize new organic porous materials due to the presence of highly reactive phenolic molecules. The synthesis of these new carbon materials from tannin comprises a two-step process: the first step is a hydrothermal carbonization at moderate temperatures, 180-200°C, which allows obtaining a hydrochar, richer in carbon, and fixing other heteroatoms. These hydrochars present different morphologies as powder or gel. The second step is a carbonization at higher temperature (900°C), which allows increasing surface area (SBET), porosity as well as improving conductivity. The preparation of a porous carbon presenting mesopores perfectly defined in size and in their organization was realized by associating tannin, as carbon precursor, with a surfactant for porosity templating, the copolymer Pluronic F127. These new carbon materials were tested as electrodes of supercapacitor

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Tesis sobre el tema "Cycles du carbone et de l’azote"

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