Thèses sur le sujet « Matière organique particulaire – Composition chimique »

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Cette étude concerne essentiellement des sols ferrallitiques argileux (du Congo, du Brésil et de la Martinique). Les formes de matière organique (MO) susceptibles de variations importantes avec le mode de gestion de terres et la stabilité de l'agrégation ont été étudiées par différentes approches : par fractionnement granulométrique du sol et par extraction du sol à l'eau chaude. La stabilité structurale est estimée par le taux de macroagregats stables à l'eau (AS) avant et après traitement à l'eau chaude (ASE). La diminution importante des teneurs en C total dans les horizons de surface des sols cultivés après défrichement de la végétation naturelle a été généralement confirmée. Le fractionnement granulométrique de la MO montre que : (I) tous échantillons confondus, les contenus en C augmentent des fractions sableuses aux fractions argileuses, (II) toutes les fractions sont concernées par les variations des contenus en C, mais avec des amplitudes variables selon la fraction, le type de sol et le mode de gestion. Toutefois, les variations de la fraction sableuse sont les plus importantes. La mise en culture intensive induit aussi une diminution des teneurs en C soluble à l'eau chaude (CS) et en sucres totaux (CST) des sols. Les relations entre MO des sols et AS ont été étudiées pour les MO solubles à l'eau chaude et pourles fractions granulométriques de la MO. On a pu montrer, comme d'autres auteurs, l'existence de relations hautement significatives entre teneur en CS et AS. Pourtant l'étude de l'effet direct de ces MO solubles ne met pas en évidence un effet agrégeant de ces MO. Quant au contenu en C des fractions granulométriques des sols, seules les MO associées aux fractions sableuses (débris végétaux) montrent une corrélation significative avec AS. Compte-tenu des observations ci-dessus, on ne peut toutefois conclure à un effet réel et direct de cette fraction sur l'agrégation. En conclusion, ce travail n'aura pas permis d'identifier avec certitude une fraction organique agrégeante dans ces sols. Il aura toutefois conduit à montrer que les MO solubles à l'eau chaude ne le sont probablement pas, et que, dans ces sols A argile 1 : 1 ou le processus de désagrégation est dominé par le phénomène d'éclatement, les MO associées aux fractions sableuses pourraient éventuellement jouer un rôle important dans la stabilité structurale.

La majorité des éléments volatils des chondrites se trouvent dans la matière organique et les argiles. Ces derniers se sont formés en présence d'eau et en ont conservé la signature isotopique. Le premier objectif de cette étude est la caractérisation par différentes techniques d'analyse de la matière organique dans deux classes distinctes de chondrites afin d'obtenir des informations sur sa répartition dans la nébuleuse protosolaire. Le second objectif est l'estimation des compositions isotopiques de la matière organique et des argiles à l'échelle micrométrique dans la matrice des chondrites où ces phases sont finement mêlées pour déterminer la nature des relations qui les lient. A partir de l'imagerie en spectrométrie de masse des ions secondaires (NanoSIMS), nous avons développé un protocole analytique faisant appel à la déconvolution des rapports ioniques D-/H- et 16OD- /16OH- mesurés dans des mélanges connus de matière organique et de phyllosilicates. Ce protocole a été appliqué à la matrice de la chondrite ordinaire Semarkona. L'absence de relation spatiale dans les compositions isotopiques en hydrogène de la matière organique et des argiles de Semarkona est incompatible avec un échange isotopique entre ces deux phases. Par contre, des plages micrométriques d'argiles riches en deutérium (D/H > 3000 × 10-6) forment des ilots au sein de la matrice constituée majoritairement d'argiles de D/H ~ 800 × 10-6. Cette observation montre la faible extension (quelques μm) de l'altération aqueuse. Le processus de formation des argiles riches en deutérium reste à comprendre.

Les systèmes fluviaux jouent un rôle prépondérant dans les processus qui contrôlent la fixation du CO2 atmosphérique. Cependant, du fait de fortes variabilités spatiales et temporelles des sources de matière organique (MO), leur contribution relative dans la dynamique du carbone des grands écosystèmes fluviaux ne sont pas pleinement compris. Le but de ce travail est de caractériser les sources de MO dans le bassin central du fleuve Amazone. La composition en acides gras (AG) et isotopes stables du carbone et de l'azote (δ13C, δ15N) dans la MO a été analysée dans cinq plaines d'inondation (appelées localement Várzea), le fleuve Amazone et quatre de ses principaux affluents (Solimões, Negro, Madeira et Tapajós). La MO qui a été analysée inclut des macrophytes (Eichornia sp. , Paspalum repens, Pistia stratiotes et Salvinia auriculata), des échantillons de plancton, la matière organique particulaire en suspension (SPOM), des sédiments et sols de la forêt inondée. Une caractérisation saisonnière de cette MO, en fonction de l'oscillation annuelle du cycle hydrologique, indique une forte production autotrophique par les cyanobactéries dans les Várzea, pendant la période de décrue. A cette saison, un transfert de MO, issue des cyanobactéries et de la dégradation des macrophytes, est également mis en évidence des Várzea vers le fleuve. Toutefois, ces macrophytes, qui utilisent différentes voies de photosynthèse, ne contribuent pas de manière égale au pool de MO et au réseau trophique. Une expérience de dégradation a donc permis de mettre en évidence la dynamique de décomposition de ces macrophytes et le rôle des microorganismes. La caractérisation des sources de MO, leurs variabilités spatiales et saisonnières, les processus de dégradation qui en résultent et leur contribution dans le réseau trophique, indiquent que la MO produite dans les Várzea constitue la source majeure de carbone respiré dans les fleuves et rivières du bassin Amazonien et résulte de la production phytoplanctonique
River ecosystems have a key role in the processes, which control the storage of atmospheric CO2. However, because of strong spatial and temporal variabilities in the sources of organic matter (OM), their relative contribution to the carbon dynamics of large river ecosystems is not fully understood. The present work aimed to characterize the sources of OM in the central Amazon basin. The fatty acids (FA) and stable carbon and nitrogen isotopic (δ13C, δ15N) compositions of OM were investigated in five floodplains (locally called Várzea), the Amazon River and four of its main tributaries (Solimões, Negro, Madeira and Tapajós). The OM analyzed includes macrophytes (Eichornia sp. , Paspalum repens, Pistia stratiotes and Salvinia auriculata), plankton samples, suspended particulate organic matter (SPOM), sediments and soils from the flooded forest. A seasonal characterization of this OM, according to the annual oscillation in the hydrological cycle, indicates a strong autotrophic production from cyanobacteria in Várzea during the drought season. At this season, a transfer of OM, resulting from cyanobacteria and decomposition of macrophytes, has been evidenced from the Várzea to the rivers. However, these plants, which use different pathways of photosynthesis, do not contribute equally to OM and to the food web. Thus, a degradation experiment showed the decomposition dynamics of these macrophytes and the role of micro-organisms. The characterization of OM sources, their spatial and seasonal variabilities, the processes involved in its degradation as well as its utilization by consumers, indicate that the OM produced in Várzea constitute the major source of respired carbon in rivers from the Amazon basin and results from phytoplanktonic production

Les météorites carbonées sont les objets les plus primitifs du système solaire. Ils contiennent jusqu'à 4 % de carbone, principalement présent sous forme de matière organique insoluble (MOI). Celle-ci contient des informations essentielles sur les processus d’organo-synthèse qui se déroulent dans le système solaire, qui sont jusqu'ici mal compris. Un modèle statistique a été récemment proposé pour la structure moléculaire de la MOI ainsi qu'une voie de synthèse possible pour le squelette hydrocarboné de cette macromolécule (Derenne et Robert, 2010). Le premier objectif de ce travail était de tester expérimentalement cette voie avec un plasma organique comme source de radicaux CHx. Ce dispositif a permis la formation de matière organique soluble et insoluble. La MOI a été analysée par les mêmes techniques que celles utilisées précédemment pour la MOI chondritique, révélant de nombreuses similitudes entre les deux matériaux et validant le mécanisme proposé. En outre, des analyses NanoSIMS ont révélé, à une résolution spatiale sub-micrométrique, de grandes variations isotopiques qui sont du même ordre de grandeur que celles observées dans la MOI chondritique. Ensuite, la source des hétéroatomes (N et O) dans la MOI a été expérimentalement étudiée en ajoutant des précurseurs contenant des heteroelements aux radicaux hydrocarbonés. En ce qui concerne l'azote, deux types de précurseurs ont été considérés : l’hexylamine comme source d'hydrures et l'azote moléculaire N2. Bien que les deux précurseurs conduisent à l'incorporation d'azote dans la MOI, les hydrures d'azote semblent être plus pertinents, d’après la nature des fonctions azotées formées. Deux types d'expériences ont été effectuées afin d'étudier la source potentielle d'oxygène dans la MOI chondritique. Elles ont été conçues pour tester les deux principaux scénarios proposés pour rendre compte de la présence d’oxygène dans la MOI chondritique : soit l’altération aqueuse sur le corps parent ou l’incorporation d’oxygène pendant l’organo- synthèse dans la nébuleuse solaire primitive. Lors de l’expérience simulant l'altération aqueuse, la composition chimique de la matière organique soluble et insoluble est en accord avec ce qui est observé dans la matière organique des météorites. En revanche, aucun élément en faveur de l'incorporation directe d’oxygène par des radicaux OH n’a pu être apporté
Carbonaceous meteorites are the most primitive objects of the solar system. They contain up to 4% of carbon, mainly occurring as insoluble organic matter (IOM). This IOM contains key information about the organo-synthesis processes taking place in the Solar System, which are so far poorly understood. A statistical model was recently proposed for the IOM molecular structure along with a possible synthesis pathway for its hydrocarbon backbone (Derenne and Robert, 2010).The first aim of this work was to test experimentally this pathway using an organic plasma as a source of CHx radicals. This device allowed the formation of both soluble and insoluble OM. The IOM was analyzed through the same techniques as those previously used for the chondritic IOM, revealing numerous similarities between both materials and thus supporting the proposed pathway. Moreover, NanoSIMS analyses revealed large isotopic variations at a sub-micrometric spatial resolution that are commensurable with those observed in chondritic IOM.Then, the source of heteroatoms (N and O) into the IOM was experimentally investigated through the addition of heteroelement-containing precursors to the hydrocarbonaceous radicals. As for nitrogen, two types of precursors were considered: hexylamine as a source of nitrogen hydrides and N2. Although both precursors led to nitrogen incorporation in the IOM, nitrogen hydrides seem to be more relevant based on the nitrogen speciation. Two types of experiments were performed to investigate the potential source of oxygen in the chondritic IOM. They were designed to address the two main scenarios proposed in the literature to account for the origin of the oxygen in the chondritic IOM: either aqueous alteration on the asteroidal parent body or O incorporation during the organo-synthesis in the primitive solar nebula. When the aqueous alteration is mimicked, the chemical composition of the SOM and IOM makes this pathway a reasonable source of the chondrite oxygen moieties. In contrast, no evidence for direct incorporation of O from OH radicals could be brought

Le risque industriel lié aux explosions de poussières est communément accepté comme élevé par la communauté scientifique, et il doit être réduit au minimum pour améliorer les conditions de travail. Cependant, la méconnaissance des phénomènes impliqués, combinée à une faible prise de conscience générale de nombreuses réalités industrielles, transforme les explosions de poussières en scénarios accidentels profondément dangereux. La manipulation des poudres est une brique fondamentale de la réalité industrielle contemporaine, et aucun raccourci ne peut être choisi pour la contourner. Pour cette raison, les explosions de poussières se confondent avec une grande variété de processus et doivent être étudiées et bien comprises. Dans la seconde moitié du XXe siècle, une transition énergétique a déstabilisé le secteur des énergies fossiles, le rendant de plus en plus vert. En conséquence, la biomasse lignocellulosique était et est toujours l'une des sources de bioénergie les plus populaires dans le monde. En outre, son énorme polyvalence et les progrès technologiques importants ont permis d'entamer la concurrence avec les combustibles fossiles. Le développement du secteur de la bioénergie et l'explosion de poussières sont les deux acteurs de ce travail. Par conséquent, les explosions de poussières organiques ont été choisies comme sujet d'étude, comprises et caractérisées pour contribuer à la connaissance scientifique de ces phénomènes. Elles peuvent être traitées comme des systèmes transitoires, turbulents et chargés de particules, ce qui les rend complexes et loin d'être simples à comprendre. Plusieurs phénomènes physico-chimiques sont impliqués dans le global. Tout d'abord, une étape de dispersion est inévitable dans une explosion de poussières. Dans cette phase, les caractéristiques de la poudre peuvent changer et avoir un impact important sur son comportement. Ensuite, les interactions entre particules sont responsables de l'agglomération et de la désagglomération dans le nuage de poussière ainsi formé. Là encore, elles peuvent modifier les caractéristiques du système, influençant son comportement thermique. Les forces cohésives peuvent conduire à une forte agrégation des particules, ce qui a notamment une incidence sur l'échelle de temps de chauffage des particules. Une large sélection de poudres organiques a été testée, et leur tendance à s'agglomérer en un nuage de poussière a été quantifiée. Troisièmement, une brique fondamentale des explosions de poudres organiques est l'étape de pyrolyse, qui peut être considérée comme une dévolatilisation responsable de la création d'une atmosphère inflammable au sein du nuage de poussière. C'est souvent l'étape limitant la vitesse du processus global, et elle doit donc être bien analysée. Ensuite, la synergie potentielle entre les phases gazeuse et solide peut conduire à un système réactif différent de la somme des deux. De nouveaux phénomènes pourraient en découler. Par exemple, les transferts radiatifs de chaleur sont des acteurs majeurs dans la phase de propagation de la flamme, fortement dépendants de la concentration en poussière et de ses propriétés optiques. En conclusion, désireux de développer une méthode originale pour déterminer la vitesse de flamme laminaire des poudres organiques, trois appareils ont été sélectionnés et comparés. Les avantages et les inconvénients de chacun ont été listés et utilisés comme critères de choix
The industry's risk associated with dust explosions is commonly accepted as high by the scientific community, and it must be reduced to a minimum to improve working conditions. However, the lack of knowledge of the phenomena involved, combined with a scarce general awareness of numerous industrial realities, transforms the dust explosions into profoundly dangerous accidental scenarios. Powder manipulation is a fundamental brick of contemporary industrial reality, and no shortcut can be chosen to bypass it. For this reason, dust explosions are merged with a large variety of processes and need to be studied and well understood. In the second half of the XX century, an energetic transition destabilised the fossil energy sector, painting it greener and greener. As a result, lignocellulosic biomass was and still is one of the most popular worldwide bioenergy sources. Moreover, its enormous versatility and significant technological progress made it possible to start the competition with fossil fuels. The development of the bioenergy sector and the dust explosion are the two actors of this work. Therefore, organic dust explosions were chosen as a study subject, comprehended and characterised to contribute to the scientific knowledge of these phenomena. They can be treated as transient, turbulent, particle-laden systems, which makes them complex and far from being straightforward to understand. Several physicochemical phenomena are involved in the global one. First, a dispersion step is unavoidable in a dust explosion. In this phase, the powder's features may change and strongly impact its behaviour. Second, particle-to-particle interactions are responsible for agglomeration and deagglomeration in the dust cloud thus formed. Again, it can modify the system's characteristics, influencing its thermal comportment. Cohesive forces may lead to strong aggregation of the particles, which has notably a mark on the particle heating time scale. A large selection of organic powders was tested, and their tendency to agglomerate in a dust cloud was quantified. Third, a fundamental brick of organic powder explosions is the pyrolysis step, which can be seen as a devolatilisation responsible for creating a flammable atmosphere within the dust cloud. It is often the rate-limiting step of the global process, and it needs thus to be well analysed. Then, the potential synergy between the gaseous and solid phases can lead to a reactive system different from the sum of the two. Some new phenomena might be generated from this. For instance, radiative heat transfers are major players in the flame propagation phase, strongly dependent on the dust concentration and its optical properties. To conclude, willing to develop an original method to determine the laminar flame speed of organic powders, three apparatuses were selected and compared. The benefits and drawbacks of each were listed and used as choosing criteria

La dynamique de l'atrazine dans les premiers centimètres de trois sols a été suivie durant trois ans au moyen d'une étude en microlysimètres placés en conditions extérieures. Les processus généraux d'adsorption, de lessivage, de formation et de disparition des résidus liés ainsi que de dégradation sont étudiés en fonction des facteurs climatiques. L’utilisation d'extractions séquentielles par des solvants d'efficacité croissante permet la distinction au sein des résidus adsorbes d'un compartiment de résidus extractibles à l'eau disponibles au lessivage et d'un compartiment de résidus extractibles par des solvants organiques à l'origine de résidus liés. La quantité des résidus liés dépend des facteurs édaphiques (matière organique, structure) et climatiques (fréquence des précipitations). Les résidus liés suivent une phase de formation intense puis une phase de diminution limitée et de durée variable. Cette libération s'accompagne d'une minéralisation. La fraction restante de résidus liés semble particulièrement stable et se réorganise progressivement dans les différents compartiments de la matière organique. Les effets de retraitements annuels à l'atrazine ont été envisagés. Un modèle à compartiments a été élaboré et simule le comportement des résidus d'atrazine en fonction de la pluviométrie et du temps

En zone sahélienne, la matière organique du sol (MOS) et sa fraction microbienne (BMc) sont deux composantes essentielles de la fertilité des terres, la MOS pour sa fonction bien connue de réserve de nutriments et son rôle dans les propriétés physiques du sol, la BMc comme moteur de la majeure partie des processus biologiques intervenant sur la MOS. Notre objectif est (1) d'évaluer l'effet d'apports de matière organique sur la fertilité des sols en se basant sur des variables chimiques et biologiques et sur les composantes du rendement et (2) de rechercher les relations entre ces différentes variables afin de définir des types de comportement des sols susceptibles d'expliquer la grande variabilité de la réponse à un apport de fumier en milieu paysan. Nous disposons d'essais annuels et pérennes en station et d'un essai multilocal en milieu paysan. Nos variables sont les caractéristiques physico-chirniques des sols, la BMc et la nitrification nette quantifiée in situ (Nitm) et en laboratoire en conditions optimales (Nitpot) pour les variables biologiques, et le rendement utilisé comme variable intégratrice. Cette étude confirme la décroissance très rapide de la MOS dès la mise en culture (-40% de C en 1ère année) et présente également des résultats nouveaux : (1) elle valide, en milieu paysan, l'augmentation de la BMc en cours de cycle observée par d'autres auteurs en station; (2) elle précise les relations entre composante biologique (BMc et Nitm) et composante chimique (CEC et MOS) ; (3) elle montre que la variabilité de la réponse du sol et de la plante est fonction de la composition du fumier et de la zone écologique ; cette variabilité est utilisée pour définir des types de comportement des sols ; ( 4) elle montre que l'effet du fumier est encore notable après 2 ans sur le rendement et la BMc. Ce travail nous a également conduit à des études méthodologiques. La connaissance fine des mécanismes biologiques des sols passe par une étude en conditions contrôlées
In the sahelian zone, sail organic matter (SOM) and microbial biomass (MBc) are two essential components of soil fertility, SOM because of it's role in sail physical properties and stock of nutrients, and MBc as the key of most of the biological processes involved in SOM evolution. Our objective is (1) to evaluate the effects of organic inputs on sail fertility, using chemical and biological variables as well as yield components and (2) to determine the relationships between these variables so as to define types of soil behaviour that could explain the large variability of the response to manure in field conditions. We worked on medium-term and annual experiments as weil as a multilocal experiment in field conditions. Our variables are soil physico-chemical caracteristics, MBc, nitrification determined in situ (Nitn1) and in controlled conditions (Nitpot) as the biological variables, and plant prùductivity as an integrative variable. Our results confirm the fast degradation of SOM the first year of cultivation after 15 years of herbaceous fallow (-40% C the first year). This study also presents new results : (1) it validate, in field conditions, the increase of MBc during the cultivation period observed by other authors in agronomical station and precises the relationships between soil biological component (MBc and Nitm) and chemical ones (CEC, SOM) ; (3) it shows that the variability of the soil and plant reponse to manure is a function of it's composition and of the ecological zone; this variability is used to define types of sail behaviour; (4) it shows that residual effects of manure is still sensible, even after two years, on yield and MBc. This work also led to methodological studies. Controlled conditions are necessary for a better knowledge of biological mecanisms

Les sols de montagne représentent d'importants réservoirs de carbone (C) potentiellement vulnérables aux changements climatiques et changements d'usage qui les affectent de manière amplifiée. Or la grande variabilité de ces milieux, leur faible accessibilité ainsi que le manque d'outils de mesure appropriés limitent nos connaissances qui restent aujourd'hui très fragmentaires en ce qui concerne les stocks, la chimie et la réactivité du carbone organique des sols (COS). Ces informations sont pourtant nécessaires pour appréhender l'évolution de ces sols et de leur C dans ce contexte de changements globaux. Les objectifs de ce travail de thèse étaient (i) d'accéder à une meilleure compréhension de la nature, de la stabilité et de la vulnérabilité du COS dans une mosaïque d'écosystèmes des Préalpes calcaires (massif du Vercors), (ii) de rechercher des outils de caractérisation rapides et fiables adaptés à l'étude et au suivi du COS à l'échelle du paysage, et enfin (iii) de proposer des indices pour l'évaluation et le suivi de la qualité des sols en milieu de montagne. Dans un premier temps, nous avons testé l'application de la pyrolyse Rock-Eval pour l'étude du COS à grande échelle sur un ensemble d'unités écosystémiques. Nous avons ensuite comparé la pyrolyse Rock-Eval à deux techniques classiques d'étude de la matière organique du sol (MOS) : le fractionnement granulodensimétrique de la MOS et la spectroscopie moyen infrarouge. Ces approches analytiques couplées nous ont permis de quantifier les stocks de C à l'échelle de la zone d'étude et d'expliquer la stabilité et la vulnérabilité du COS sous des angles variés. Les facteurs responsables des patrons observés dans les différentes unités écosystémiques sont discutés. Ce travail a également confirmé la pertinence de l'outil Rock-Eval pour répondre aux objectifs fixés. Parallèlement, des approches biologiques nous ont permis d'évaluer l'importance de la composante microbienne dans ces sols. Enfin, des indices évaluant le statut organique des sols (stockage de COS, fertilité des sols, vulnérabilité du COS) sont proposés pour constituer des outils de gestion et d'aide à la décision
Mountain soils are major reservoirs of carbon (C), potentially vulnerable to climate and land use changes that affect them significantly. However, the great variability of these soils, their limited accessibility and the lack of appropriate measurement tools restrict our knowledge. Today, our comprehension of the biogeochemistry of mountain soils remains very incomplete regarding stocks, chemistry and reactivity of soil organic carbon (SOC). Yet this information is necessary to understand the evolution of soil carbon in the current context of global change. The objectives of this work were (i) to gain a better understanding of the nature, stability and vulnerability of SOC in a mosaic of ecosystems in a calcareous massif in the Alps (Vercors massif), (ii) to search for fast and reliable characterization tools, suitable for the study and monitoring of COS at the landscape scale, and (iii) to propose indicators for the assessment and monitoring of soil quality in mountain regions. As a first step, we tested the application of Rock-Eval pyrolysis for the study of COS at large-scale on a set of ecosystem units. Then, we compared the Rock-Eval approach to two conventional techniques for soil organic matter (SOM) study: the particle-size fractionation of SOM, and the mid-infrared spectroscopy. These coupled analytical approaches allowed us to quantify C stocks across the study area, and explain the stability and the vulnerability of COS at various angles. Factors responsible for the patterns observed in the different eco-units are discussed. This work also confirmed the relevance of the Rock-Eval tool to achieve our previous objectives. Biological approaches allowed us to assess the significance of microbial pool in these soils. Finally, indices assessing the status of SOM (SOC storage, soil fertility, vulnerability COS) were proposed and constituted interesting management tools for decision-makers

L'origine de la matière organique sur Mars sera étudiée avec le rover « Rosalind Franklin » d'ExoMars à l'aide de plusieurs instruments d'analyse, dont le Mars Organic Molecular Analyzer (MOMA). L'instrument MOMA combine la spectrométrie de masse à laser désorption-ionisation (LDI-MS) et la spectrométrie de masse à chromatographie en phase gazeuse (GC-MS) pour analyser des échantillons de sous-surface. La similitude du LDI-MS de MOMA avec notre instrument LDI-MS / L2MS (spectrométrie de masse laser en deux étapes) nous a encouragés à caractériser la matière organique à partir de différents types d'échantillons, dans le but de fournir une nouvelle méthodologie pour la caractérisation moléculaire à micro-échelle de début de la vie sur Terre et pour soutenir les futures recherches sur Mars.Tout d'abord, nous avons développé une nouvelle source d'ions à injection latérale pour notre spectromètre de masse hybride (radiofréquence/temps de vol) existant permettant la microscopie en transmission et en réflexion et l'imagerie chimique en L2MS et LDI-MS avec une résolution latérale jusqu'à 3 µm.Deuxièmement, la caractérisation des molécules de référence a été réalisée avec L2MS et LDI-MS pour aider à l'identification chimique de différents types de matière organique. Ceux-ci comprenaient un dérivé du tryptophane (acide aminé biotique/abiotique), l'hexylthiophène (proxy pour les hydrocarbures sulfurés), le cholestane (biomarqueur eucaryote), le tocophérol (issu de la photosynthèse) et une porphyrine (dérivé de la chlorophylle). Ainsi, nous donnons un aperçu de la sensibilité de la méthode pour ces classes importantes de molécules et de leurs modèles de fragmentation.Troisièmement, une roche sédimentaire du paléolagon jurassique d'Orbagnoux a été analysée comme indicateur de la matière organique microbienne diagénétiquement sulfurée. Cet échantillon a été choisi suite à la détection récente de molécules sulfurées sur Mars. Les caractérisations chimiques de différents échantillons de roche d'Orbagnoux (roche fraîche et tranche polie) et de ses sous-fractions correspondantes extraites de la roche sédimentaire (extraits solubles, maltène et kérogène) ont été réalisées en utilisant L2MS et LDI. Cela donne accès à des informations moléculaires organiques et inorganiques de diverses classes chimiques d'intérêt telles que les hydrocarbures aromatiques polycycliques, les hydrocarbures oxygénés, thiophéniques et azotés, les clusters de carbonate de calcium/sulfure de fer et les métaux tels que Ni+ ou VO+ qui indiquent la préservation des géoporphyrines.Quatrièmement, une résine Dammar moderne et quatre résines fossiles (ambres) ont été analysées avec LDI-MS pour tester la capacité de la technique à fournir des informations sur les biopolymères fossiles d'origine végétale, y compris leur degré de maturité et/ou leur type botanique. Des différences claires dans les modèles de fragments d'hydrocarbures ont été observées dans les spectres de masse et analysées avec l'analyse des composants principaux
The origin of organic matter on Mars will be investigated with ExoMars’ “Rosalind Franklin” rover using several analytical instruments including the Mars Organic Molecular Analyzer (MOMA). The MOMA instrument combines laser desorption-ionization mass spectrometry (LDI-MS) and gas-chromatography mass spectrometry (GC-MS) to analyze sub-surface samples. The similarity of the LDI-MS of MOMA with our LDI-MS / L2MS (two-step laser mass spectrometry) instrument has encouraged us to characterize organic matter from different types of samples, with the goals of providing new methodology for microscale molecular characterization of early life on Earth and to support future investigations on Mars.First, we developed a new-side injection ion source for our existing hybrid (radiofrequency/time-of-flight) mass spectrometer enabling transmission and reflection microscopy and chemical imaging in L2MS and LDI-MS with a lateral resolution down to 3 µm.Second, characterization of reference molecules was carried with L2MS and LDI-MS to help chemical identification of different types organic matter. These included a tryptophan derivative (biotic/abiotic amino acid), hexylthiophene (proxy for sulfurized hydrocarbons), cholestane (eukaryote biomarker), tocopherol (from photosynthesizers) and a porphyrin (chlorophyll derivative). Thus, we provide insight into the sensitivity of the method for these important classes of molecules, and into their fragmentation patterns.Third, a sedimentary rock from the Jurassic paleolagoon of Orbagnoux was analyzed as a proxy for diagenetically-sulfurized microbial organic matter. This sample was chosen following the recent detection of sulfurized molecules on Mars. Chemical characterizations of different samples of Orbagnoux rock (fresh rock and polished slice) and its corresponding sub-fractions extracted from the sedimentary rock (soluble extracts, maltene and kerogen) were performed using L2MS and LDI. This gives access to organic and inorganic molecular information of various chemical classes of interest such as polycyclic aromatic hydrocarbons, oxygenated, thiophenic, and nitrogenated hydrocarbons, calcium carbonate/iron sulfide clusters, and metals such as Ni+ or VO+ that point to the preservation of geoporphyrins.Fourth, a modern Dammar resin and four fossil resins (ambers) were analyzed in LDI-MS to test the technique capability to provide insights into plant-derived fossil biopolymers, including their maturity grade and/or botanic type. Clear differences in hydrocarbon fragment patterns were observed in mass spectra and analyzed with principal component analysis

La pollution de l'air et les particules fines (PM₂.₅) ont été classées cancérigènes (groupe 1) par le Centre International de la Recherche sur le Cancer en 2013. Cette fraction particulaire représente un mélange complexe dont la composition, très variable, influe sur la toxicité. Cependant, peu d'études ont déterminé l'implication respective des différentes fractions chimiques constitutives des PM dans leurs effets toxiques. Dans ce travail de thèse, des particules fines (PM₂.₅₋₀.₃) et quasi-ultrafines (PM₀.₃) ont été échantillonnées au niveau d'un site urbain à Beyrouth (Liban). Après avoir réalisé la caractérisation physico-chimique de ces deux types de particules, leurs effets toxiques (cytotoxicité globale, activation métabolique, génotoxicité, inflammation, stress oxydant, autophagie et apoptose) ont été étudiés sur une lignée de cellules épithéliales bronchiques humaines (BEAS-2B). L'analyse des fractions organiques a révélé des différences entre les teneurs en hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), de même qu'en congénères oxygénés (O-HAP) et nitrés (N-HAP), respectivement 43, 17 et 4 fois plus élevées dans les PM₀.₃ que dans les PM₂.₅₋₀.₃. L'étude toxicologique a porté sur les particules fines considérées dans leur entièreté (PM₂.₅₋₀.₃), la fraction organique extractible (EOM₂.₅₋₀.₃) et la fraction non-extractible par le dichlorométhane (NEM₂.₅₋₀.₃). De plus, les effets spécifiques de la fraction organique extraite des particules quasi-ultrafines (EOM₀.₃) ont été comparés à ceux de la fraction organique extraite des particules fines (EOM₂.₅₋₀.₃). Nos résultats montrent que chacune des fractions considérées a été capable d'activer au moins un des mécanismes étudiés. Les PM₂.₅₋₀.₃ ont induit des effets toxiques généralement plus marqués que les EOM₂.₅₋₀.₃ et NEM₂.₅₋₀.₃. La fraction organique des particules quasi-ultrafines (EOM₀.₃), plus riche en composés organiques et notamment en HAP et autres congénères, est apparue responsable d'effets délétères globalement plus importants que celle extraite des particules fines (EOM₂.₅₋₀.₃). Les résultats de ce travail ont apporté des éléments nouveaux sur la toxicité relative des différentes fractions extractibles et non extractibles des particules fines et soulignent le rôle crucial joué par les particules ultrafines, encore trop peu étudiées
Air pollution and particulate matter (PM₂.₅) were classified as carcinigens (group 1) by the International Agency for Research on Cancer in 2013. This particulate fraction represents a complex mixture with a highly variable composition influencing the toxicity. However, few studies have determined the respective involvement of the different chemical fractions of PM in their toxic effects. In this work, fine particles (PM₂.₅₋₀.₃) and quasi-ultrafine particles (PM₀.₃) were sampled in an urban site located in Beirut (Lebanon). After performing the physicochemical characterization of these two types of particles, their toxic effects (global cytotoxicity, metabolic activation, genotoxicity, inflammation, oxidative stress, autophagy and apoptosis) were investigated on a human bronchial epithelial cell line (BEAS-2B). The analysis of the organic content revealed differences between the concentrations of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), as welle as oxygenated (O-PAH) and nitrated (N-PAH) congeners, respectively 43, 17 and 4 times higher in PM₀.₃ than in PM₂.₅₋₀.₃.The toxicological study was based on the comparison of the toxicity of the fine particles considered in their entirety (PM₂.₅₋₀.₃), the extracted organic fraction (OEM₂.₅₋₀.₃) and the fraction not extracted by the dichloromethane (NEM₂.₅₋₀.₃). In addition, the specific effects of the organic fraction extrated from the quasi-ultrafine particles (OEM₀.₃) were compared with those of the organic fraction extracted from the fine particles (OEM₂.₅₋₀.₃). Our results showed that all the studied fractions were able to induce at least one of the studied mechanisms. PM₂.₅₋₀.₃ was able to induce toxic effects greater than those induced by OEM₂.₅₋₀.₃ and NEM₂.₅₋₀.₃. The organic fraction extracted from the quasi-ultrafine particles (OEM₀.₃), richer in organic compounds and in particular in PAHs and other congeners, appeared to be responsible for deleterious effects globally greater than that extracted from the fine particles (OEM₂.₅₋₀.₃). The results of this work have brought new elements on the relative toxicity of the different fractions of the fine particles and underline the crucial role played by ultrafine particles, still too little studied

On étudie la série salifère paléogène du bassin de Bourg-en-Bresse par diverses méthodes. L'analyse diagraphique permet d'établir des corrélations spatiales entre les différents ensembles de cette série. Des études pétrographiques, faciologiques, sédimentologiques, minéralogiques et géochimiques détaillées permettent de mieux appréhender les modalités de la sédimentation évaporitique dans le fossé bressan et de proposer un schéma de son évolution au cours du paléogène