Letteratura scientifica selezionata sul tema "Effets biogéochimiques"

Les sols forestiers sont le plus généralement pauvres et la moitié d’entre eux a une valeur de pHeau inférieure à 5 L’écosystème s’est lentement adapté à cet état de fait via le processus complexe des cycles biogéochimiques, où le recyclage massif des éléments utiles conduit à une frugalité apparente des peuplements forestiers et à un ensemble de fonctions très satisfaisantes, dont la production Toute réduction de fertilité dans ses composantes physique, chimique et biologique, totalement interactives, se traduit par une dégradation de ces fonctions La contrainte physique liée à la mécanisation des opérations sylvicoles présente un risque majeur quant à la durabilité des sols Les effets du tassement sont analysés dans cet article à partir des résultats obtenus dans deux sites expérimentaux installés sur les sols sensibles du plateau Lorrain, suivis pendant une douzaine d’années Les résultats montrent que si la dégradation des sols est rapide, leur restauration est lente Des travaux sur le long terme sont indispensables Quoi qu’il en soit, la protection des sols, en particulier de leur structure physique, représente un enjeu majeur.

En tant que consommateurs primaires, les herbivores jouent un rôle essentiel dans la dynamique de la végétation. Leur influence peut se manifester de l’échelle de la plante, via la modification de son métabolisme, jusqu’à l’échelle de la communauté végétale, par un changement de sa composition floristique ou de l’abondance des espèces qui la composent. Quelle que soit l’échelle considérée, les effets sur la végétation peuvent se répercuter sur la qualité des litières et ainsi impacter le processus de décomposition. Il en résulte souvent une modification des cycles biogéochimiques et plus largement du fonctionnement de l’écosystème. Cet article se propose de faire l’état de la littérature concernant les interactions entre plantes et grands herbivores, en développant plus particulièrement les moyens par lesquels les herbivores affectent les plantes, les stratégies mises en place par ces dernières pour se défendre, ainsi que les processus par lesquels les herbivores peuvent nfluencer le fonctionnement de l’écosystème via la décomposition des litières.

Cet article représente une évaluation de l'état actuel et des tendances observées dans les écosystèmes lacustres, ainsi que de leur état futur probable lorsque les réductions d'émissions requises dans le cadre de l'Entente Canada-États-Unis sur la qualité de l'air auront été effectives. Outre une synthèse des faits saillants de ce dossier pour l'ensemble du Canada, le présent article s'appuie aussi sur l'ensemble des données physico-chimiques récentes (8874 échantillons) observées sur 2779 lacs de l'est canadien, ainsi que celles recueillies (1012 échantillons) sur 252 lacs de l'ouest canadien depuis 1985. Des données biologiques (poissons, benthos, zooplancton et oiseaux aquatiques) ont également été inventoriées pour identifier l'ampleur des dommages biologiques. Les nombreux lacs ayant subi une acidification anthropique récente sont situés pour la plupart dans l'est du Canada où les dépôts de SO- sont élevés. La sensibilité des sols influence également leur distribution spatiale. Durant la période s'échelonnant de 1981 à 1994, seulement 33% des 202 lacs faisant l'objet d'un suivi temporel dans l'est du Canada ont montré une amélioration significative de leur acidité (réduction) en réponse à la baisse des dépôts de SO- (11% des lacs ont subi une hausse d'acidité et 56% n'ont montré aucun changement). Plus de la moitié des lacs ayant récupéré se situent à proximité de Sudbury en Ontario. Plusieurs processus biogéochimiques sont responsables du retard dans la réversibilité de l'acidification. Pour cette raison, la récupération biologique a été très faible dans l'est canadien, exception faite de la région immédiate de Sudbury. Trois scénarios d'émissions ont été considérés: scénario 1: niveaux d'émission canadiens et américains de 1985; scénario 2: émissions canadiennes de 1994 et émissions américaines de 1990 ; scénario 3: réductions d'émissions américaines et canadiennes complétées. Ces scénarios de réductions d'émissions, qui ont été utilisés comme données d'entrée à des modèles stationnaires simulant la chimie des eaux de surface et qui ont été appliqués à cinq grandes zones lacustres du l'est canadien, suggèrent que la proportion de lacs "endommagés" (définis comme étant des lacs de pH<6) diminuera conséquemment aux réductions d'émissions américaines et canadiennes. De 11 à 49% des lacs acidifiés le resteront après l'ensemble des réductions prévues (scénario 3). Le Québec et l'Ontario, qui reçoivent actuellement les plus fortes retombées acides, bénéficieront le plus des réductions. Les gains environnementaux seront plus faibles dans l'est et dans l'ouest du Canada. De plus faibles dépôts acides et une contribution naturelle à l'acidité pourraient expliquer cette moins grande récupération. Il est maintenant reconnu que le pH est le principal facteur d'influence de la diversité spécifique du poisson, bien que d'autres facteurs comme la morphométrie du lac, l'altitude et les concentrations de COD soient aussi en partie responsables. Une réduction des dommages biologiques (i.e.baisse des disparitions de populations de poisson) serait donc possible, mais cette amélioration ne surviendra qu'après la hausse du pH des eaux de surface. L'importance relative des gains au plan biologique suivra une évolution similaire à celui des aspects chimiques. Des dommages significatifs aux écosystèmes lacustres subsisteront néanmoins après réalisation de l'ensemble des réductions d'émissions. Des pertes de populations de poissons devraient subsister dans 6% (Sudbury) à 15% (Kejimkujik) des lacs. Compte tenu du grand nombre de lacs situés dans le sud-est canadien, les pourcentages précédents impliquent que les ressources piscicoles perdues pourraient être très élevées. La restauration des communautés piscicoles devra passer dans bien des cas par un ré-enpoissonnement. De nouveaux programmes de contrôle visant des réductions supplémentaires d'émissions seront dès lors nécessaires pour protéger correctement les écosystèmes sensibles.

L'évolution de la chimie des sols et des eaux dans trois petits bassins-versants subméditerranéens granitiques recevant d'importants apports atmosphériques de S04 et de poussières sahariennes a été simulée, de 1845 à 2125, en utilisant le modèle MAGIC. Ce modèle biogéochimique global comporte une série de relations d'équilibre entre les phases gazeuse, liquide et solide (adsorption de soufre, solubilité de l'aluminium, échanges cationiques, système C02/carbonates, dissociation des acides organiques) et une comptabilisation des flux d'éléments (entrées atmosphériques, sorties hydrologiques, immobilisation biologique, altération). Les bassins versants diffèrent par l'historique récente de leur utilisation par l'homme : la pelouse pâturée qui les recouvraient en 1845 n'a subsisté que dans un bassin : elle a été remplacée vers 1930 par une pessière dans l'un des bassins, et colonisée, après abandon, par une hêtraie dans l'autre. Les simulations montrent que le bassin couvert de pelouse a peu souffert de l'augmentation de l'acidité des pluies au cours du XXe siècle, et pourrait subir les apports actuels pendant plus de 100 ans sans dommage. Les deux bassins forestiers s'acidifient fortement depuis 1970 par les effets combinés de la pollution et des reboisements. Pour la pessière, seule une réduction d'au moins 60 % des apports soufrés permettrait d'inverser le processus. Le vieillissement naturel de la hêtraie produirait une amélioration même sans réduction des dépôts acides, en diminuant le taux d'assimilation de cations. Les deux facteurs acidifiants agissent donc en synergie, mais dans le cas de la pessière l'augmentation des apports acides due à l'effet filtrant des frondaisons est prépondérant, alors que dans la hêtraie, la forte immobilisation cationique dans la biomasse perenne jolie un plus grand rôle.

La persistance de la végétation ligneuse sahélienne est régulièrement questionnée depuis la grande sécheresse de 1970-1980, vu son influence sur le fonctionnement de l’écosystème et les services écosystémiques. Il reste crucial de pouvoir appréhender la capacité de réponse de cette végétation face à différentes pressions (pâturage, feu et sécheresse). Pour comprendre comment cette végétation résiste à ces pressions dans la zone sylvopastorale sahélienne du Sénégal, nous avons adopté une approche de diversité fonctionnelle. À partir de plusieurs jeux de données (inventaires de terrain, télédétection, traits fonctionnels), des indicateurs ont été construits à différentes échelles spatiales. Dans un premier temps, nous avons étudié l’évolution des communautés de 1965 à 2018. Nous avons ensuite classé les espèces en groupes fonctionnels selon leurs traits d’effets liés à la productivité primaire et aux cycles biogéochimiques. L’évolution de la diversité de réponse de ces groupes a été analysée depuis les années 1970. Les données de télédétection montrent une diminution dans la densité des ligneux jusqu’en 2008, suivie d’une stabilisation (2008-2018). Les inventaires historiques révèlent un changement dans la composition spécifique, une augmentation de la proportion de buissons et une diminution de la fréquence pour 25 % des espèces. La topographie locale influence fortement les communautés, qui sont dominées par une minorité d’espèces. En effet, la richesse taxonomique et fonctionnelle, la densité des adultes et régénérations ainsi que le recouvrement sont plus élevés dans les dépressions. Néanmoins, l’absence de régénérations de nombreuses espèces rend leur futur incertain. Les espèces présentant une abondance stable entre 1970 et 2015 montrent une réponse à la sécheresse différente de celles en diminution. La grande sécheresse a sélectionné des combinaisons de traits comprenant une plus longue période de feuillaison, des vaisseaux conducteurs de plus petite surface, et des espèces arbustives. En outre, la diversité de réponse de la majorité des groupes fonctionnels a diminué, indiquant une perte de résilience des communautés. En croisant les données d’abondance des espèces, leur régénération et leur appartenance à un groupe fonctionnel, nous avons déterminé quelques espèces clés à protéger pour assurer la persistance des fonctions écosystémiques rendues par la végétation ligneuse dans le système sylvopastoral.

Une expertise scientifique collective conduite par l’Inra (INRA 2012) pointe l’importance des flux d’azote liés aux activités d’élevage et identifie des leviers pour limiter la pression sur l’environnement. Depuis une vingtaine d’années, les pollutions azotées font l’objet de diverses législations et plans d’action dans le cadre des politiques relatives à la qualité des eaux, de l’air et des écosystèmes. La transposition de la directive «Nitrates» (12 décembre 1991) fait actuellement l’objet d’un contentieux avec la commission européenne. C’est dans ce contexte que les ministères français en charge de l’Agriculture et de l’Ecologie ont sollicité l’Inra pour dresser un bilan de l’état des connaissances scientifiques sur les flux d’azote en élevage et leur devenir. L’objectif était de mettre à disposition des décideurs et des acteurs publics et privés les connaissances scientifiques actualisées et d’identifier des options permettant de réduire les pressions de l’azote sur l’environnement. 1/LA MÉTHODE D’EXPERTISE SCIENTIFIQUE COLLECTIVELe travail d’expertise a été porté par un collectif de 22 experts. Deux tiers d’entre eux appartiennent à l’Inra, un tiers à d’autres organismes de recherche (Irstea, CNRS, universités) dont deux experts des Pays-Bas (WUR) et un du Canada (Agriculture et Agroalimentaire Canada). Les sciences sociales ont fourni un quart de l’effectif d’experts, la zootechnie et l’approche systémique des systèmes d’élevage 40% et le complément regroupe des spécialistes des cycles biogéochimiques et de l’agronomie. La méthode a consisté à dresser un état des lieux critique des connaissances scientifiques publiées. Quelque 1360 références bibliographiques (2900 auteurs) ont été sélectionnées parmi les articles les plus récents (80% des sources sont postérieures à 1998) et relatifs ou transposables au cadre géographique français. L’analyse a privilégié l’échelle de l’exploitation agricole car c’est l’unité de référence des politiques agricoles et environnementales et des actions agronomiques. Cependant les informations scientifiques portent souvent sur un niveau infra : l’animal, l’atelier d’élevage, la parcelle, le bâtiment, la zone de stockage, etc., ou sur un niveau supra : le bassin versant, le paysage, les statistiques et modélisations nationales et internationales. Ces différents niveaux d’information ont permis d’approcher les variations entre productions et celles liées aux pratiques agricoles. 2 / L’EXPERTISE A MIS EN AVANT LE RÔLE MAJEUR DE L’ÉLEVAGE DANS LES FLUX D’AZOTE ET LES IMPACTS POTENTIELS 2.1 / Les flux d’azote en élevage et les fuites vers l’environnement sont élevésL’élevage utilise plus des trois quarts des quantités d’azote entrant dans les systèmes agricoles. Mais l’efficience, c’est-à-dire le rapport entre les sorties valorisées et les entrées d’azote, calculée au niveau de l’animal est globalement faible : souvent beaucoup moins de la moitié de l’azote ingéré se retrouve sous forme de protéines consommables, lait, œufs et viande. A l’échelle de l’exploitation d’élevage, une part de l’azote excrété dans les déjections est recyclée avec les effluents mais l’efficience reste néanmoins généralement inférieure à 50%. Le reste de l’azote se disperse dans l’environnement. L’élevage contribue ainsi pour environ la moitié aux pertes nationales de nitrates vers les eaux, et pour plus des trois quarts aux émissions nationales atmosphériques azotées, notamment sous forme d’ammoniac (et jusqu’à 90% si on tient compte du fait qu’une grande partie des engrais industriels est employée sur les cultures utilisées pour produire des aliments du bétail). L’azote se trouve de ce fait à la croisée de préoccupations croissantes en termes de compétitivité des filières animales et d’impacts sur l’environnement et sur la santé humaine. Ces impacts ont été récemment décrits dans une expertise européenne (European Nitrogen Assessment 2011). Ils interviennent au niveau de l’écosystème environnant (dépôts de NH3), de la région (NH3, NO3 -) et plus globalement dans le changement climatique (émissions de N2O). 2.2 / La question de l’azote ne se réduit pas à celles du nitrate, les émissions de NH3 constituent un enjeu fort Alors qu’en France, la question du nitrate a longtemps focalisé les débats, dans certains pays d’Europe du Nord, l’ammoniacest aussi de longue date au centre des préoccupations. D’abord étudié pour son rôle dans l’acidification et l’eutrophisation des milieux, l’ammoniac est aujourd’hui examiné dans le cadre de la pollution de l’air par les particules. Au niveau national, le premier contributeur d’émissions d’ammoniac est l’élevage bovin. 2.3 / Risques et impacts dépendent aussi de la sensibilité des territoires et de leur capacité d’épurationLes teneurs en nitrate des eaux ne dépendent pas seulement du niveau de surplus des bilans azotés mais aussi du climat, des types de sol, de la topographie et des modes d’occupation des sols : densité animale, part des terres agricoles dans les utilisations totales des surfaces, importance des prairies permanentes, etc. La présence majoritaire de prairies au sein des territoires réduit les risques de fuites de nitrate et d’émissions d’ammoniac. 3/LES FLUX D’AZOTE SONT AUSSI DÉTERMINÉS PAR DES CONSIDÉRATIONS ÉCONOMIQUES ET JURIDIQUES3.1 / La concentration spatiale des élevages a un rôle déterminant dans les impacts des pollutions azotéesLes plus fortes pressions azotées se situent dans les territoires de l’Ouest qui combinent productions de ruminants et de monogastriques. Les quantités d’azote contenues dans les effluents y dépassent parfois largement les capacités d’absorption des surfaces agricoles. Les territoires d’élevage plus extensifs connaissent des pressions azotées faibles. Cette hétérogénéité s’explique par la concentration géographique des filières animales, résultant principalement de facteurs économiques dont les moteurs relèvent des économies d’échelle et des économies d’agglomération qui sont liées à l’intensification et à la spécialisation des élevages ainsi qu’à leur concentration territoriale. La littérature scientifique pointe la difficulté de sortir d’une telle trajectoire, notamment parce que le fonctionnement technique et économique des acteurs des filières (producteurs d’intrants, éleveurs, transformateurs) est étroitement dépendant. 3.2 / L’encadrement juridique n’a pas permis d’atteindre les objectifs environnementaux La réglementation française a abouti à une multiplicité de zonages auxquels sont dédiés des normes, obligations ou programmes d’action volontaire. L’architecture d’ensemble est confuse et ses résultats critiqués de longue date. Parmi les difficultés rencontrées, la littérature pointe i) le caractère diffus des pollutions, qui, à la différence d’autres pays, n’a pas incité en France àune responsabilisation individuelle des éleveurs, ii) l’intégration de préoccupations économiques et sociales dans les politiques environnementales, iii) le suivi des objectifs environnementaux confié aux acteurs du développement agricole et les échelles administratives peu pertinentes vis-à-vis du réseau hydrographique. Enfin, la multiplicité des formes de pollution azotée pose la question de la cohérence d’ensemble des politiques, notamment entre les critères de la directive «Nitrates» et ceux la Convention de Genève sur la pollution atmosphérique (1979). 4/DE NOMBREUSES PISTES DE PROGRÈS EXISTENT QUI ENGAGENT PLUS OU MOINS EXPLOITANTS AGRICO- LES, TERRITOIRES ET FILIÈRES D’ÉLEVAGE4.1 / Améliorer les pratiques à l’échelle de l’exploitationLa littérature fournit de nombreuses pistes d’actions pour limiter les pertes d’azote dans l’exploitation (figure 1). Il est encore possible d’optimiser la nutrition azotée des animaux, cependant les gains escomptés sont modestes en regard des enjeux. La maîtrise de la chaîne de gestion des effluents ouvre plus de marges de manœuvre pour préserver l’azote organique et réduire les achats d’engrais minéraux. En effet, selon les modalités de gestion des effluents, les fuites vers l’environnement varient de 30 à 75% de l’azote rejeté par les animaux. Des innovations sont déjà disponibles pour le stockage et l’épandage, même si les incertitudes sur les facteurs de variation des émissions sont encore grandes. Il est enfin démontré que développer les prairies à base de légumineuses, les cultures intermédiaires pièges à nitrate (Cipan) et ajuster les rotations réduit les risques de lixiviation du nitrate. A l’échelle des systèmes, les modes de production à bas intrants (moins de fertilisants et d’aliments riches en protéines) améliorent l’efficience de l’azote et limitent donc les pertes vers l’environnement. Les indicateurs de type bilan d’azote à l’échelle de l’exploitation et de ses sous-systèmes (troupeau, gestion des effluents, sols et cultures) sont des outils adaptés pour identifier les sources d’inefficacité et rechercher les voies d’amélioration les mieux adaptées localement. De nombreux autres indicateurs approchent les niveaux d’émissions, de pollution ou les impacts, mais ne sont pas toujours d’usage facile. pour le document complet voir le pdf https://www6.inrae.fr/productions-animales/content/download/6365/88149/version/1/file/nouvelles+de+la+recherche.pdf

La contamination de l’environnement par les antibiotiques peut conduire à un risque de perturbation des processus biogéochimiques, en particulier la dénitrification et nitrification, dans les sédiments ou biofilms en station d’épuration (STEP). Les effets par les antibiotiques sur les processus biogéochimiques, à des concentrations rencontrées dans le milieu naturel, et à une exposition continue ne sont pas connus. Cette étude vise donc à examiner l’activité et les communautés bactériennes de dénitrification et de nitrification dans les sédiments et biofilms en STEP en présence d’antibiotiques, afin de déterminer les perturbations de ces processus par ces antibiotiques en présence de concentrations environnementales et thérapeutiques. Nous avons pu en déduire les comportements spécifiques des antibiotiques. La concentration minimale inhibitrice environnementale (CMI-E) des antibiotiques est également déterminée afin d’étudier les effets sur les communautés dénitrifiantes. Les résultats obtenus montrent que les antibiotiques étudiés ne modifient pas significativement l’activité de dénitrification et nitrification à concentrations environnementales. En présence de concentrations thérapeutiques cependant, les processus sont significativement inhibées bien que pas complétement. Les communautés bactériennes sont affectés par la présence des antibiotiques tant aux concentrations environnementales que thérapeutiques. Les résultats de CMI-E montre une adaptation de la communauté dénitrifiantes en faveur des espèces résistantes aux antibiotiques testés. Par ailleurs, les antibiotiques se comportement différemment dans les sédiments et dans les biofilms
The presence of antibiotics in the environment could affect biogeochemical process, such as denitrification and nitrification in sediment or/and sewage plant, due to their action against bacteria. Studies regarding the effects of environmental relevant concentration antibiotics on resident microbial communities in environment are needed. The aim of this work was therefore to investigate the effects of antibiotics on denitrification and nitrification as well as microbial communities involved in these processes in the presence of environmental and therapeutic concentrations of antibiotics. In addition, antibiotics were determined in the initials and treated sediments and biofilms in order to investigate the fate of antibiotics. Minimal inhibitory concentrations of denitrifying enrichments (MIC-E) were determined in order to investigate effects of antibiotics on the denitrifying community. The results of this work showed that environmental concentrations of antibiotics did not significantly affect denitrification and nitrification activity; however, a significant inhibition, although incomplete, was observed in the presence of therapeutic concentrations. The diversity and structure of bacterial and denitrifying communities changed upon exposure to environmental and therapeutic antibiotic concentrations. Investigation of MIC-E showed that the denitrifying community was able to adapt under high antibiotic exposure which may favor antibiotic resistance. In addition to that, determination of antibiotics concentrations in sediments and biofilms showed that antibiotics behaved differently

Le platine (Pt) est un élément technologique critique (ETC) et un contaminant émergent dans les compartiments environnementaux. Peu de données existent concernant ses concentrations, sa distribution et sa dynamique dans le milieu naturel. Ce travail combine des résultats d'expérimentation en laboratoire à des observations de terrain afin d'étudier la biogéochimie de Pt dans les systèmes côtiers (Océan Atlantique et Méditerranée). Une expérimentation exposant des huîtres à une large gamme de concentrations de Pt a produit les premières données de cinétique d’accumulation de Pt dans les bivalves marins et reflète l’assimilation de Pt constatée in situ. À des niveaux d’expositions réalistes (50 et 100 ng.L-1), la relation linéaire positive entre les niveaux d'exposition et celles des tissus justifie l'utilisation des huîtres comme sentinelles des niveaux de Pt dans l’eau de mer. À forts niveaux de Pt (10 000 ng.L-1), des effets délétères sur l’état physiologique des huîtres (e.g. augmentation du stress oxydatif et mobilisation du stock énergétique) sont observés. A partir d’études de terrain dans des sites contrastés les bruits de fond géochimiques régionaux dans l’eau de mer des côtes atlantique et méditerranéenne (0,05 ng.L-1 et 0,08 ng.L-1 respectivement) et les facteurs de bioconcentration dans le phytoplancton (~ 10^4) et dans les bivalves (huîtres et moules, ~ 10^3) ont été établis. La répartition spatiale des niveaux de Pt dans l’eau de mer, le plancton et les bivalves reflète une contamination plus élevée de la côte nord-ouest méditerranéenne, particulièrement dans les zones semi-fermées et fortement urbanisées / industrialisées (baie de Toulon et port de Gênes). Les enregistrements historiques dans les sédiments (~ 1900 - 2010) et dans les bivalves (1980 à aujourd’hui) en Gironde et de la baie de Toulon ont montré une contamination ancienne de Pt liée aux activités industrielles (métallurgie, raffinage du pétrole, charbon), tandis que la forte augmentation récente provient de sources émergentes telles que les pots catalytiques, les rejets hospitaliers et les eaux usées. L’observation à haute résolution temporelle de la distribution de Pt entre la phase dissoute et particulaire et des paramètres environnementaux majeurs (O2, salinité, Chl-a, nutriments etc.), suggèrent l’importance des processus biogéochimiques, comprenant la production et dégradation du phytoplancton, dans le comportement et le devenir du Pt en milieu côtier
Platinum (Pt) is a Technology-Critical Element (TCE) and an emerging contaminant increasingly released into all Earth compartments, but its environmental occurrence, distribution, and dynamics are under- documented. The present research combines laboratory observations and field monitoring studies on Pt biogeochemistry in coastal systems (Atlantic Ocean and northwestern Mediterranean Sea), including its distribution between seawater, particles, and living organisms. Exposure experiments with oysters facing a wide range of exposure levels provide the first Pt accumulation kinetics in marine bivalves, supporting uptake of Pt from seawater in line with field observations. At environmentally-relevant Pt levels (50 and 100 ng.L-1), the positive linear relation between exposure and Pt accumulation in tissues justifies the use of oysters as integrative sentinels for seawater Pt contamination. At relatively high Pt levels (10,000 ng.L-1), deleterious physiological effects (e.g. increased oxidative stress and energetic stock mobilization) occurred in oysters. Field observations at contrasting sites have provided regional background Pt concentrations in seawater in the Atlantic and Mediterranean coasts (0.05 ng.L-1 and 0.08 ng.L-1, respectively) and bioconcentration factors for phytoplankton (~ 104), and bivalves (oysters and mussels ~ 103). Spatial distribution of Pt levels in seawater, plankton and bivalves suggest higher contamination along the northwestern Mediterranean coast, especially in semi-enclosed, industrialized/urbanized systems (Toulon Bay and Genoa Harbor). Historical records in sediments (~ 1900 - 2010) and bivalves (1980 to present) from the Gironde watershed and the Toulon Bay showed past Pt contamination due to industrial (metallurgic, oil-refining, coal) activities, whereas the strong recent increase in Pt contamination originates from emerging Pt sources, e.g. car catalytic converters, hospital effluents, and sewage. High temporal resolution observation of Pt partitioning, together with environmental master variables (O2, Salinity, Chl-a, nutrients etc.), suggests that in coastal systems, biogeochemical processes including phytoplankton production and degradation may play an important role in Pt behavior and fate

Au cours d'un échantillonnage continu de 1986 à 1987 au sémaphore du cap Ferrat (Alpes-Maritimes), on étudie des traceurs de pollution : le plomb, le cadmium, le cuivre et le zinc, des références continentales : l'aluminium et marine : le sodium, ainsi que des éléments nutritifs (nitrates, ammonium, nitrites et phosphates). Les techniques analytiques utilisées sont : la spectrophotométrie d'absorption atomique, la voltamperometrie de redissolution anodique à impulsions différentielles et la colorimétrie sur chaine Technicon

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

Les substances pharmaceutiques font partie du groupe des contaminants émergents du fait de leur intérêt récent dans les études environnementales comparativement à des polluants étudiés depuis plus longtemps tels que les pesticides. Elles correspondent aux principes actifs des médicaments et, à ce titre, sont responsables des propriétés pharmacologiques des médicaments. Ce sont donc des molécules biologiquement actives qui peuvent agir sur les organismes vivants présents dans les écosystèmes impactés. L’origine des substances pharmaceutiques dans l’environnement est variable mais les principales sources sont liées à leur utilisation en médecine humaine ou vétérinaire. Une fois consommées, les substances pharmaceutiques sont excrétées dans les urines ou les fèces et se retrouvent dans les eaux usées (consommation humaine) ou dans les déchets d’élevage (consommation vétérinaire). Dans le premier cas, elles peuvent être rejetées directement dans le milieu, ou indirectement, avec les eaux usées traitées ou les boues résiduaires, après traitement dans les stations d’épuration (STEP). Dans le deuxième cas, elles atteignent directement le milieu lorsque les animaux sont élevés en prairie ou indirectement lorsque les déchets d’élevage sont épandus sur les sols agricoles pour les fertiliser. Ces travaux de thèse se sont attachés à étudier l’origine et le devenir de ces substances dans ces 2 cas de figure. Ainsi en se basant sur des critères de consommation, de présence dans l’environnement par rapport à des études antérieures, de toxicité et d’écotoxicité, d’originalité et de disponibilité des composés standards de référence, 32 puis 78 molécules appartenant aux classes thérapeutiques des antibiotiques, des anticancéreux, des béta-bloquants, des anti-VIH et des inhibiteurs de phosphodiestérase de type 5 (PDE 5) ont été étudiées dans 2 continuums : i) effluents hospitaliers - eaux usées brutes et traitées – eaux de surface, et ii) eaux usées brutes et traitées - eaux de surface - eaux de captage souterraines. En s’appuyant sur les mêmes critères de sélection, le devenir de 7 antibiotiques a été étudié dans des lisiers porcins dans des filières simples de traitement du lisier (fosse de stockage), dans des filières complexes de traitement du lisier (système de traitement ressemblant à des mini STEP) et dans des mésocosmes en conditions contrôlées. Pour pouvoir réaliser l’ensemble de ces études, des protocoles analytiques mettant en œuvre une étape d’extraction par SPE (Solide Phase Extraction) ou d’extraction ASE (Extraction Accélérée par Solvant) puis de purification par SPE et d’analyse par LC/MS/MS (Chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem) ont été développés. Ces protocoles, en remplissant des critères de qualité tels que des limites de détection et de quantification compatibles avec des analyses environnementales (de l’ordre du ng/l à la dizaine de ng/l), une bonne linéarité, précision, justesse et performance, ont permis d’analyser la phase dissoute des échantillons d’eaux et la phase dissoute et solide des échantillons de lisiers. Il ressort des analyses des échantillons aqueux que : i) les béta-bloquants, les anti-VIH et les antibiotiques appartenant aux familles des macrolides, des fluoroquinolones et des sulfonamides, sont les molécules les plus représentatifs de la contamination du milieu naturel parmi les classes étudiées ; ii) les rejets de STEP sont une source majeure de la contamination des systèmes aquatiques ; iii) les eaux usées sont davantage contaminées en hiver qu’en été ; et iv) les eaux de surface sont davantage contaminées en été qu’en hiver
Pharmaceutical substances belong to the group of emerging contaminants due to their recent interest in environmental studies in comparison with pollutants who have been studied for a longer time like pesticides. They correspond to the active ingredient of drugs and by this mean are responsible for their pharmacological properties. Consequently they are biologically active molecules that can act on living organisms present in impacted ecosystems. The origin of pharmaceuticals in the environment is variable but the main sources are related to their use in human and veterinary medicine. Once consumed, pharmaceutical substances are excreted in urine or feces and are found in wastewater (human consumption) or animal manure (veterinary consumption). In the first case, they can be discharged directly in the environment, or indirectly, with treated wastewater or sludge from sewage treatment plants (SWTP). In the second case, they directly reach the environment when animals are bred on grassland or indirectly when livestock wastes are spread on agricultural soils as fertilizer. This PhD work has been focused on the study of the origin and fate of pharmaceutical substances in these 2 cases. Thus according to consumption data, occurrence in the environment reported in previous studies, toxicity and ecotoxicity data, originality and availability of reference standard compounds, 32 then 78 molecules belonging to 5 different therapeutic classes (antibiotics, antineoplastics, beta-blockers, anti-HIV, phosphodiesterase type 5 inhibitors (PDE 5 inhibitors)) were studied in 2 continuums : i) hospital wastewater effluents – raw and treated wastewater – surface water, and ii) raw and treated wastewater – surface water – ground water. Based on the same selection criteria, the fate of 7 antibiotics was studied in pig manure in simple manure storage facilities (storage tank), in aerobic manure treatment facilities (treatment system like in small SWTP) and in mesocosms under controlled conditions. In order to achieve all these studies, analytical protocols implementing an extraction step by SPE (Solid Phase Extraction) or an ASE extraction (Accelerated Solvent Extraction) followed by a SPE purification and an analytical step by LC / MS / MS (liquid chromatography tandem mass spectrometry) have been developed. These protocols, by filling out quality criteria such as limits of detection and quantification compatible with environmental analysis (ng/l to dozen of ng/l), good linearity, precision, accuracy and performance, were used to analyze the dissolved phase of water samples and dissolved and solid phases of pig manure samples. The water samples analysis shows : i) beta-blockers, anti-HIV and antibiotic belonging to the families of macrolides, fluoroquinolones and sulfonamides are the most representative molecules of the environmental contamination from the classes studied; ii) SWTP releases are a major source of aquatic systems’ contamination; iii) wastewaters are more contaminated in winter than in summer; and iv) surface water are more contaminated in summer than in winter. The pig manure samples analysis shows : i) the levels of contamination of manure by antibiotics are high, from a few µg/l to mg/l; ii) the manure level of contamination is not related to the physiological stage of pigs; iii) the interest to store manure before spreading in order to reduce the antibiotics contamination is not highlighted; iv) oxytetracycline, tetracycline, tylosin and marbofloxacin are mainly present in the solid phase whereas sulfadiazine, lincomycin and monensin are mainly present in the liquid phase of manure; v) the separation of solid and liquid phases reduce manure contamination in aerobic treatment facilities; and vi) antibiotics degradation is mainly aerobic.Key words:

Les changements climatiques et la croissance démographique de la population mondiale amènent aujourd'hui le monde agricole à s'adapter pour faire face à ces deux enjeux majeurs. Si les surfaces agricoles, qui représentent près d'un tiers des terres émergées, contribuent largement aux émissions mondiales de gaz à effet de serre, elles offrent également la possibilité de mettre en place des leviers d'atténuation des changements climatiques. Dans ce contexte, ces travaux de thèse ont vocation à enrichir nos connaissances sur le fonctionnement des surfaces agricoles, à fournir des outils d'évaluation de la contribution des surfaces cultivées aux évolutions du climat, et à quantifier les effets biogéochimiques (stockage de C) et biogéophysiques (effet albédo) d'atténuation des changements climatiques via la mise en œuvre de cultures intermédiaires. Pour répondre à ces objectifs, deux approches de modélisation ont été développées au cours de ces travaux. Le premier volet de cette thèse s'est intéressé à développer une approche de modélisation spatialisée, permettant de fournir des estimations des productions (biomasses et rendements), des flux de CO2 et d'eau, ces variables servant à la quantification des bilans de carbone et d'eau pour les parcelles de grandes cultures. À cette fin, le modèle agro-météorologique SAFYE-CO2 assimilant des produits satellites d'indice de végétation à hautes résolutions spatiale et temporelle a été développé et appliqué à différentes cultures (blé, maïs et tournesol) et végétations d'intercultures (repousses spontanées, mauvaises herbes, cultures intermédiaires). Cette approche a pu être validée sur un réseau de parcelles du Sud-Ouest de la France, en tirant parti d'un grand nombre d'images satellites et de données de validation sur la zone de l'Observatoire Spatial Régional. Elle a notamment permis d'estimer avec précision les productions de blé, de tournesol et de maïs, ainsi que les flux de CO2 et d'eau sur les cultures de blé et de tournesol. La végétation, pouvant se développer sur les parcelles pendant les périodes d'interculture, a également été prise en compte afin d'améliorer l'estimation des flux de CO2 et d'eau. Cela a notamment permis de quantifier l'impact des cultures intermédiaires sur les composantes du bilan C des parcelles allouées aux grandes cultures sur la zone d'étude. Le second volet visait à développer un modèle d'introduction de cultures intermédiaires à l'échelle européenne, afin d'estimer le forçage radiatif induit par la modification de l'albédo de surface engendré par cette pratique. Grace à des produits albédo moyenne résolution (1/20°), développés par le CNRM (et en collaboration avec ce laboratoire), cette approche de modélisation a permis de fournir des estimations de l'effet albédo relatifs aux cultures intermédiaires. Plusieurs scenarii d'introduction ont été simulés pour rendre compte de l'impact de certains facteurs, tels que la neige ou la pluie. Ils ont permis d'alerter sur le potentiel impact négatif de l'assombrissement du sol, induit à long terme (via l'enrichissement des sols en matière organique) par les cultures intermédiaires sur le forçage radiatif des surfaces cultivées. Enfin, comme tout changement de pratique agricole induit des effets biogéochimiques et biogéophysiques sur le climat, une analyse de ces effets couplés a été menée grâce à l'utilisation combinée de ces deux approches de modélisation. Nous en concluons qu'une fois les cultures intermédiaires mises en place, le sol devrait être couvert en permanence pour que l'effet assombrissement du sol ne fasse pas perdre les autres bénéfices climatiques engendrés par cette pratique agricole
Climate change and the demographic growth of the world's population are leading the agricultural world to adapt to meet these two major challenges. While agricultural land, which represents nearly one third of the world's land area, contributes significantly to global greenhouse gas emissions, it also offers the possibility of implementing climate change mitigation levers. In this context, the aim of this thesis is to increase our knowledge of the functioning of agricultural areas, to provide tools for assessing the contribution of cultivated surfaces to climate change, and to quantify the biogeochemical (C storage) and biogeophysical (albedo effect) effects of climate change mitigation through the implementation of cover crops. To meet these objectives, two modeling approaches were developed during this work. The first part of this thesis focused on the development of a spatialized modeling approach, allowing to provide estimates of production (biomass and yields), CO2 and water fluxes, these variables being used to quantify the carbon and water budgets for cropland. To this end, the SAFYE-CO2 agro-meteorological model assimilating satellite products of vegetation index at high spatial and temporal resolutions was developed and applied to different crops (wheat, maize and sunflower) and intercrop vegetation (spontaneous regrowth, weeds, cover crops). This approach has been validated on a network of plots in southwestern France, taking advantage of a large number of satellite images and validation data on the Regional Spatial Observatory area. In particular, it has allowed to accurately estimate wheat, sunflower and corn production, as well as CO2 and water fluxes on wheat and sunflower crops. Vegetation, which can develop on the plots during intercropping periods, was also considered in order to improve the estimation of CO2 and water fluxes. In particular, this made it possible to quantify the impact of intermediate crops on the C balance components of plots allocated to field crops in the study area. The second part of the project aimed at developing a model for the introduction of cover crops at a European scale, in order to estimate the radiative forcing induced by the modification of the surface albedo generated by this practice. Thanks to medium resolution albedo products (1/20°), developed by the CNRM (and in collaboration with this laboratory), this modelling approach allowed to provide estimates of the albedo effect related to cover crops. Several introduction scenarios were simulated to account for the impact of certain factors, such as snow or rain. They have allowed us to highlight the potential negative impact of soil darkening, induced in the long term (via the enrichment of soil organic matter) by cover crops on the radiative forcing of cultivated areas. Finally, as any change in agricultural practice induces biogeochemical and biogeophysical effects on climate, an analysis of these coupled effects was conducted using these two modelling approaches. We conclude that once intercropping is implemented, the soil should be permanently covered so that the soil darkening effect does not cause the other climatic benefits of this agricultural practice to be lost

Les substances pharmaceutiques font partie du groupe des contaminants émergents du fait de leur intérêt récent dans les études environnementales comparativement à des polluants étudiés depuis plus longtemps tels que les pesticides. Elles correspondent aux principes actifs des médicaments et, à ce titre, sont responsables des propriétés pharmacologiques des médicaments. Ce sont donc des molécules biologiquement actives qui peuvent agir sur les organismes vivants présents dans les écosystèmes impactés. L’origine des substances pharmaceutiques dans l’environnement est variable mais les principales sources sont liées à leur utilisation en médecine humaine ou vétérinaire. Une fois consommées, les substances pharmaceutiques sont excrétées dans les urines ou les fèces et se retrouvent dans les eaux usées (consommation humaine) ou dans les déchets d’élevage (consommation vétérinaire). Dans le premier cas, elles peuvent être rejetées directement dans le milieu, ou indirectement, avec les eaux usées traitées ou les boues résiduaires, après traitement dans les stations d’épuration (STEP). Dans le deuxième cas, elles atteignent directement le milieu lorsque les animaux sont élevés en prairie ou indirectement lorsque les déchets d’élevage sont épandus sur les sols agricoles pour les fertiliser. Ces travaux de thèse se sont attachés à étudier l’origine et le devenir de ces substances dans ces 2 cas de figure. Ainsi en se basant sur des critères de consommation, de présence dans l’environnement par rapport à des études antérieures, de toxicité et d’écotoxicité, d’originalité et de disponibilité des composés standards de référence, 32 puis 78 molécules appartenant aux classes thérapeutiques des antibiotiques, des anticancéreux, des béta-bloquants, des anti-VIH et des inhibiteurs de phosphodiestérase de type 5 (PDE 5) ont été étudiées dans 2 continuums : i) effluents hospitaliers - eaux usées brutes et traitées – eaux de surface, et ii) eaux usées brutes et traitées - eaux de surface - eaux de captage souterraines. En s’appuyant sur les mêmes critères de sélection, le devenir de 7 antibiotiques a été étudié dans des lisiers porcins dans des filières simples de traitement du lisier (fosse de stockage), dans des filières complexes de traitement du lisier (système de traitement ressemblant à des mini STEP) et dans des mésocosmes en conditions contrôlées. Pour pouvoir réaliser l’ensemble de ces études, des protocoles analytiques mettant en œuvre une étape d’extraction par SPE (Solide Phase Extraction) ou d’extraction ASE (Extraction Accélérée par Solvant) puis de purification par SPE et d’analyse par LC/MS/MS (Chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem) ont été développés. Ces protocoles, en remplissant des critères de qualité tels que des limites de détection et de quantification compatibles avec des analyses environnementales (de l’ordre du ng/l à la dizaine de ng/l), une bonne linéarité, précision, justesse et performance, ont permis d’analyser la phase dissoute des échantillons d’eaux et la phase dissoute et solide des échantillons de lisiers. Il ressort des analyses des échantillons aqueux que : i) les béta-bloquants, les anti-VIH et les antibiotiques appartenant aux familles des macrolides, des fluoroquinolones et des sulfonamides, sont les molécules les plus représentatifs de la contamination du milieu naturel parmi les classes étudiées ; ii) les rejets de STEP sont une source majeure de la contamination des systèmes aquatiques ; iii) les eaux usées sont davantage contaminées en hiver qu’en été ; et iv) les eaux de surface sont davantage contaminées en été qu’en hiver
Pharmaceutical substances belong to the group of emerging contaminants due to their recent interest in environmental studies in comparison with pollutants who have been studied for a longer time like pesticides. They correspond to the active ingredient of drugs and by this mean are responsible for their pharmacological properties. Consequently they are biologically active molecules that can act on living organisms present in impacted ecosystems. The origin of pharmaceuticals in the environment is variable but the main sources are related to their use in human and veterinary medicine. Once consumed, pharmaceutical substances are excreted in urine or feces and are found in wastewater (human consumption) or animal manure (veterinary consumption). In the first case, they can be discharged directly in the environment, or indirectly, with treated wastewater or sludge from sewage treatment plants (SWTP). In the second case, they directly reach the environment when animals are bred on grassland or indirectly when livestock wastes are spread on agricultural soils as fertilizer. This PhD work has been focused on the study of the origin and fate of pharmaceutical substances in these 2 cases. Thus according to consumption data, occurrence in the environment reported in previous studies, toxicity and ecotoxicity data, originality and availability of reference standard compounds, 32 then 78 molecules belonging to 5 different therapeutic classes (antibiotics, antineoplastics, beta-blockers, anti-HIV, phosphodiesterase type 5 inhibitors (PDE 5 inhibitors)) were studied in 2 continuums : i) hospital wastewater effluents – raw and treated wastewater – surface water, and ii) raw and treated wastewater – surface water – ground water. Based on the same selection criteria, the fate of 7 antibiotics was studied in pig manure in simple manure storage facilities (storage tank), in aerobic manure treatment facilities (treatment system like in small SWTP) and in mesocosms under controlled conditions. In order to achieve all these studies, analytical protocols implementing an extraction step by SPE (Solid Phase Extraction) or an ASE extraction (Accelerated Solvent Extraction) followed by a SPE purification and an analytical step by LC / MS / MS (liquid chromatography tandem mass spectrometry) have been developed. These protocols, by filling out quality criteria such as limits of detection and quantification compatible with environmental analysis (ng/l to dozen of ng/l), good linearity, precision, accuracy and performance, were used to analyze the dissolved phase of water samples and dissolved and solid phases of pig manure samples. The water samples analysis shows : i) beta-blockers, anti-HIV and antibiotic belonging to the families of macrolides, fluoroquinolones and sulfonamides are the most representative molecules of the environmental contamination from the classes studied; ii) SWTP releases are a major source of aquatic systems’ contamination; iii) wastewaters are more contaminated in winter than in summer; and iv) surface water are more contaminated in summer than in winter. The pig manure samples analysis shows : i) the levels of contamination of manure by antibiotics are high, from a few µg/l to mg/l; ii) the manure level of contamination is not related to the physiological stage of pigs; iii) the interest to store manure before spreading in order to reduce the antibiotics contamination is not highlighted; iv) oxytetracycline, tetracycline, tylosin and marbofloxacin are mainly present in the solid phase whereas sulfadiazine, lincomycin and monensin are mainly present in the liquid phase of manure; v) the separation of solid and liquid phases reduce manure contamination in aerobic treatment facilities; and vi) antibiotics degradation is mainly aerobic.Key words:

Depuis la découverte de processus de dépôts massifs de Hg (AMDE), l'Arctique est devenue une région clé dans la compréhension du cycle global du Hg. L'impact sur la santé humaine de ce polluant dépend non seulement de sa concentration mais aussi et surtout de sa forme chimique. En particulier, le monométhylmercure (MMHg) est une puissante neurotoxine qui atteint des concentrations élevées chez les prédateurs de l'Arctique du fait de ses propriétés de bioaccumulation et de bioamplification dans la chaine alimentaire. La compréhension des mécanismes à l'origine de la formation du MMHg (méthylation) et de sa dégradation (déméthylation) est primordiale pour caractériser son devenir et son impact dans les milieux aquatiques. Nous présentons ici une étude environnementale effectuée sur des tissus biologiques prélevés sur trois espèces emblématiques de l'Arctique : le phoque annelé (Pusa hispida), la baleine beluga (Delphinapterus leucas) et l'ours polaire (Ursus Maritimus). L'analyse de leurs compositions isotopiques en Hg montre simultanément un fractionnement dépendant (MDF, d202Hg) et indépendant de la masse (MIF, delta199Hg). Alors que les variations en d202Hg semblent largement expliquées par des processus métaboliques internes de détoxification/accumulation, la tendance temporelle (1988-2002, Pusa hispida) et le gradient latitudinal (60°N-71°N, Delphinapterus leucas) observés pour le delta199Hg reflètent vraisemblablement l'influence de l'évolution et de la distribution de la banquise sur le cycle biogéochimique du Hg en Arctique. Dans la seconde partie de cette thèse de doctorat, nous développons une approche moléculaire novatrice et prometteuse permettant de déterminer pour la première fois la composition isotopique des atomes de Hg et de carbone contenus dans la molécule de MMHg pour les échantillons biologiques. Ces premières mesures offrent des perspectives prometteuses pour tracer l'origine du MMHg dans les milieux aquatiques
Since the discovery of atmospheric Hg depletion events (AMDE) in the Arctic, the Polar Regions have become key in understanding the Hg global cycle. The impact of Hg on human health depends on both Hg concentration and chemical form. In particular, monomethylmercury (MMHg) is a potent neurotoxin. High MMHg concentrations are observed in Arctic top predators due to bioaccumulation and biomagnification processes in the food webs. Hence, the characterization of the transformations leading to the formation (methylation) and the degradation (demethylation) of MMHg is of great concern to assess its fate and impact in aquatic ecosystems. In this context, we present an environmental study on three Arctic bio-indicators: the ringed seal (Pusa hispida), the beluga whale (Delphinaperus leucas) and the polar bear (Ursus maritimus). Hg isotope analysis of the bio-indicator liver tissues show both mass dependent isotope fractionation (MDF, delta202Hg) and mass independent fractionation (MIF, delta199Hg). While the changes in d202Hg are widely linked to in vivo metabolic processes, the time trend (1988-2002, Pusa hispida) and the latitudinal gradient (60°N-71°N, Delphinaperus leucas) observed for ?199Hg signatures suggests the influence of sea ice cover on the Arctic biogeochemical Hg cycle. In a second part of this dissertation, we propose a novel and promising molecular approach with the first measurements of the isotopic compositions of Hg and carbon on the MMHg molecule in biological samples. These results are very promising for tracing MMHg origin in aquatic environments

L'agriculture de conservation (AC) est une des solutions basées sur la nature offrant des perspectives intéressantes en termes de leviers d'atténuation et de stratégies d'adaptation au changement climatique. En Afrique subsaharienne, les études des potentiels d'atténuation des changements climatiques par l'AC se concentrent sur les effets biogéochimiques (stockage C, emissions de GES) tandis que les effets biogéophysiques (effets albédo, flux d'énergie) sont souvent ignorés. Dans ce contexte, il est très pertinent d'approfondir les effets de l'AC sur les contributions biogéophysiques de l'agriculture sur le climat afin d'identifier les potentiels leviers d'atténuation associés aux changements de pratiques et les possibles synergies avec les effets biogéochimiques. Nous avons mené des études de quantification des effets biogéophysiques à travers des mesures d'albédo de surface, de rayonnement thermique, de température de surface, de contenu en eau dans le sol, et de dynamiques de croissance des cultures durant deux années culturales au Zimbabwé sur deux types de sol contrasté : un Lixisol abruptique sableux et clair et un Ferralsol xanthique argileux et sombre. Trois pratiques culturales sont comparées dans cette études : le labour conventionnel (CT, pour Conventional Tillage en anglais), la suppression du labour (NT pour No-Tillage en anglais) et le maintien des résidus en surface (NTM pour No-Tillage with Mulch en anglais). Les résultats ont montré une augmentation d'albédo de surface suite à l'adoption de la pratique du NT comparé au CT quel que soit le type de sol. L'apport des résidus de culture en surface comparé au CT à des effets contrasté suivant les types de sol. En effet, les résidus contribuent à une augmentation de l'albédo de surface sur les sols argileux sombres et contribuent à sa diminution sur les sols sableux clairs. Ces changements d'albédo ont entraîné des forçages radiatifs négatifs associés à un effet refroidissant sur le climat du NT quel que soit le type de sol et des effets contrastés pour le NTM, avec un effet refroidissant sur les sols argileux foncés et un effet réchauffant sur les sols sableux clairs. Nous avons comparé ces forçages radiatifs induits par l'albédo de surface aux effets biogéochimiques du stockage de carbone (C) et des émissions de N2O induits par ces mêmes pratiques. Les résultats obtenus ont montré que sur 30 ans de pratique d'AC, les changements d'albédo liés aux pratiques NT et NTM ont des effets climatiques allant de -1,27 à +1,15 t CO2-éq ha⁻¹ an⁻¹, comparables au potentiel de stockage de carbone dans les sols en Afrique subsaharienne. Sur les sols argileux sombres, ces pratiques renforcent l'effet de refroidissement, tandis que sur les sols sableux clairs, elles entraînent un effet réchauffant à court terme, annulant les bénéfices climatiques du C stocké à long terme. Pour mieux comprendre les déterminants des dynamiques d'albédo et être en capacité à les simuler en fonction des pratiques, le modèle STICS a été utilisé, révélant des limites dans la prise en compte de l'effet des tissus sénescents et de l'humidité de surface sur les dynamiques de l'albédo de surface. De nouveaux formalismes ont ensuite été proposés et testés, ce qui a permis d'améliorer les simulations de l'albédo de surface. Cette étude met en avant l'importance d'intégrer les effets biogéophysiques et biogéochimiques pour mieux évaluer les impacts climatiques des pratiques agricoles et optimiser les mesures d'adaptation et d'atténuation
In Sub-Saharan Africa, studies of potential climate change mitigation levers by CA focus more on biogeochemical effects (C storage, GHG emissions) while biogeophysical effects (albedo effects, energy fluxes) are often ignored. In this context, it is very relevant to delve into the effects of CA on agriculture's biogeophysical contributions to climate in order to identify potential mitigation levers associated with changes in practices and possible synergies with the biogeochemical effects. We conducted studies to quantify the biogeophysical effects through measurements of surface albedo, heat radiation, surface temperature, water content in soil, and dynamics of crop growth during two growing years in Zimbabwe on two types of contrasting soil: a sandy, light-coloured abruptic Lixisol and a clayey, dark-coloured xanthic Ferralsol. Three cropping practices are compared in this study: conventional tillage (CT), no-tillage (NT) and no-tillage with mulch (NTM). The results showed an increase in surface albedo following the adoption of NT practice compared to CT regardless of soil type. The contribution of crop residues to surface compared with CT lead to contrasting effects according to soil types. Indeed, the residues contribute to an increase in surface albedo on dark clay soils and contribute to its decrease on light sandy soils. These albedo changes have led to negative radiative forcing associated with a cooling climatic effect on the NT regardless of soil type and contrasting effects for the NTM, with a cooling effect on dark clay soils and a warming effect on light sandy soils. We compared these surface albedo-induced radiative forcings with the biogeochemical effects of carbon (C) storage and N2O emissions induced by these same practices. The results obtained showed that over 30 years of CA practice, albedo changes related to NT and NTM practices have climatic effects ranging from -1.27 to +1.15 t CO2-eq ha-1 year-1, comparable to the potential for carbon storage in soils in Sub-Saharan Africa. On dark clay soils, these practices enhance the cooling effect, while on light sandy soils, they cause a warming effect in the short term, negating the climate benefits of long-term stored C. To better understand the determinants of albedo dynamics and to be able to simulate them according to practices, the STICS model was used, revealing limitations in the consideration of the effect of senescent tissues and surface moisture on the dynamics of surface albedo. New formalisms were then proposed and tested, which allowed to improve the simulations of the surface albedo. This study highlights the importance of integrating biogeophysical and biogeochemical effects to better assess climate impacts of agricultural practices and optimize adaptation and mitigation measures

Les dynamiques du strontium (sr) et du calcium (ca) ont été étudiées dans différents écosystèmes forestiers sur sol acide et calcaire, afin d'évaluer dans quelle mesure le sr pouvait être utilisé comme un traceur du ca. Nos résultats ont confirmé l'analogie générale entre sr et ca mais ils montrent un transfert préférentiel du ca par rapport au sr vers les feuilles (conduisant à une accumulation préférentielle de ca à la surface du sol via les chutes de feuilles) et suggèrent sur sol acide un prélèvement racinaire préférentiel de ca par rapport au sr. La dynamique des éléments minéraux a été évaluée dans trois écosystèmes forestiers sous climat tropical, boréal et tempéré à partir de la mesure des flux et variations isotopiques du sr dans les arbres et les sols et à l'aide d'un modèle à compartiments et à flux. En Guyane, nous avons mis en évidence le rôle quasi négligeable joué par les racines profondes des arbres dans l'alimentation minérale de la forêt Tropicale humide. Au nord de la Suède, les différences isotopiques observées dans les organes de pins et épicéas croissant en mélange suggèrent d'une part, un prélèvement et un recyclage biologique du sr beaucoup plus fort par l'épicéa, et d'autre part une altération rhizosphérique plus forte par les racines d'épicéa. Les mesures ont par ailleurs confirmé un prélèvement minéral et hydrique plus profond par le pin. Dans les Vosges, la diminution du rapport 8 7sr/ 8 6sr mesurée dans les cernes d'épicéas au cours du temps a été interprétée comme le résultat d'une acidification à long terme des sols de ce peuplement, éventuellement associée à une remontée des racines. Ces mécanismes paraissent être responsables de l'augmentation du stress hydrique subi par le peuplement.