Tesi sul tema "Sphaigne"

La culture de sphaigne est la production durable de biomasse de sphaigne sur une base renouvelable et cyclique. Un système de contrôle de l’eau est nécessaire pour maintenir le niveau de la nappe phréatique à une valeur définie au cours de la saison de croissance dans un contexte de conditions climatiques variables. Peu d’information et de documentation sont disponibles concernant la conception et l’opération de systèmes de contrôle de l’eau dans les bassins de culture de sphaigne. Les objectifs de ce projet sont de définir, concevoir et réaliser le système de drainage et d’irrigation souterraine pour la culture de sphaigne et de développer un système de contrôle correspondant aux contraintes du site de Shippagan au Nouveau-Brunswick installé en 2014. La définition d’un système d’irrigation et de drainage adapté est basée sur les connaissances du drainage et de l’irrigation en agriculture et des besoins physiologiques de la sphaigne. Le développement des équipements a été réalisé en adaptant les concepts du système aux contraintes du site. L’analyse du système comprend les mesures à effectuer, les éléments à contrôler et les consignes d’opération. Les appareils de mesure du niveau de l’eau permettent d’évaluer et de transmettre au contrôle central les niveaux d’eau des fossés et de la nappe phréatique. Le contrôle central analyse les conditions et contrôle les pompes et les barrages à hauteur variable. L’énergie est fournie par un système de panneaux solaires et de batteries. Les barrages à hauteur variable permettent d’ajuster le niveau d’eau dans les fossés. Le système et les équipements développés répondent aux objectifs de conception. Des améliorations et une optimisation sont à faire. Le système permettra de continuer les travaux notamment au niveau de la modélisation de l’écoulement de l’eau et du contrôle prédictif.
La culture de sphaigne est la production durable de biomasse de sphaigne sur une base renouvelable et cyclique. Un système de contrôle de l’eau est nécessaire pour maintenir le niveau de la nappe phréatique à une valeur définie au cours de la saison de croissance dans un contexte de conditions climatiques variables. Peu d’information et de documentation sont disponibles concernant la conception et l’opération de systèmes de contrôle de l’eau dans les bassins de culture de sphaigne. Les objectifs de ce projet sont de définir, concevoir et réaliser le système de drainage et d’irrigation souterraine pour la culture de sphaigne et de développer un système de contrôle correspondant aux contraintes du site de Shippagan au Nouveau-Brunswick installé en 2014. La définition d’un système d’irrigation et de drainage adapté est basée sur les connaissances du drainage et de l’irrigation en agriculture et des besoins physiologiques de la sphaigne. Le développement des équipements a été réalisé en adaptant les concepts du système aux contraintes du site. L’analyse du système comprend les mesures à effectuer, les éléments à contrôler et les consignes d’opération. Les appareils de mesure du niveau de l’eau permettent d’évaluer et de transmettre au contrôle central les niveaux d’eau des fossés et de la nappe phréatique. Le contrôle central analyse les conditions et contrôle les pompes et les barrages à hauteur variable. L’énergie est fournie par un système de panneaux solaires et de batteries. Les barrages à hauteur variable permettent d’ajuster le niveau d’eau dans les fossés. Le système et les équipements développés répondent aux objectifs de conception. Des améliorations et une optimisation sont à faire. Le système permettra de continuer les travaux notamment au niveau de la modélisation de l’écoulement de l’eau et du contrôle prédictif.
Sphagnum farming is the cultivation of Sphagnum mosses to produce biomass of non-decomposed Sphagnum fibers on a cyclic and renewable basis. A water control system is required to maintain the water table level through the season, in the context of variable weather conditions. A drainage and sub-irrigation system has been designed and installed in 2014 on the Sphagnum farming site near Shippagan (N.B). The objectives of this project are to define the drainage and irrigation system for Sphagnum farming and develop an adapted system for the site. The design of the system is based on the Sphagnum requirements, agricultural knowledge of drainage and irrigation and respect of site constrains. Water level measurement equipment allows evaluation and transmission of the water table level and the water level in ditches to the central control. The central control analyzes the conditions and control the pumps and the variable level dams. The energy is supplied by a system of solar panels and batteries. The variable level dam adapts the water output level in the control structure. The developed system achieves the design objectives. Improvement and optimization are planned. The system will be the basis of future research, in particular about flow modeling and predictive control.
Sphagnum farming is the cultivation of Sphagnum mosses to produce biomass of non-decomposed Sphagnum fibers on a cyclic and renewable basis. A water control system is required to maintain the water table level through the season, in the context of variable weather conditions. A drainage and sub-irrigation system has been designed and installed in 2014 on the Sphagnum farming site near Shippagan (N.B). The objectives of this project are to define the drainage and irrigation system for Sphagnum farming and develop an adapted system for the site. The design of the system is based on the Sphagnum requirements, agricultural knowledge of drainage and irrigation and respect of site constrains. Water level measurement equipment allows evaluation and transmission of the water table level and the water level in ditches to the central control. The central control analyzes the conditions and control the pumps and the variable level dams. The energy is supplied by a system of solar panels and batteries. The variable level dam adapts the water output level in the control structure. The developed system achieves the design objectives. Improvement and optimization are planned. The system will be the basis of future research, in particular about flow modeling and predictive control.

Les milieux arctiques sont les écosystèmes subissant la plus forte élévation de température moyenne annuelle liée au réchauffement climatique dans l’hémisphère nord. Les zones humides couvrent une grande partie des régions arctiques, avec notamment de vastes tourbières formées par l’accumulation importante de matière organique (tourbe) issue des organismes s’y trouvant : les Sphaignes et les lichens. Le changement climatique entraîne un dégel du pergélisol, horizon pédologique gelé en profondeur tout au long de l’année, présent sur 25 % des terres émergés de l’hémisphère nord, principalement aux hautes latitudes. La présence de grandes quantités de matières organiques gelées conservées dans le pergélisol pourrait entrainer des rétroactions positives non négligeables sur le changement climatique. De nombreux signaux (augmentation des températures moyennes annuelles, anomalies de précipitation, modification de la diversité végétale) peuvent déjà être observés. Les projections climatiques à l’horizon 2100 prévoient une augmentation de ces phénomènes sur l’ensemble des régions arctiques. Cette thèse consiste à étudier la couverture végétale basse des zones humides arctiques (Sphaignes, lichen, tourbe) en les considérant comme des milieux poreux. Pour cela, un ensemble de techniques expérimentales et numériques est déclinée sur des échantillons prélevés sur plusieurs sites : principalement Khanymey (Sibérie), mais aussi Abisko (Suède). Des échantillons sont par ailleurs prélevés à Clarens (France) en guise d’échantillon-test. Les échantillons sont numériquement reconstruits grâce à la tomographie à rayons X. La reconstruction numérique permet ensuite d’étudier les propriétés morphologiques (§I), hydrauliques (§II) et thermiques (§III) de ces milieux poreux biologiques. (§I) L’étude morphologique indique une porosité importante (parfois supérieure à 90 %) pour les échantillons de Sphaignes, de lichen et de tourbe. La surface spécifique élevée montre des possibilités d’échange et d’absorption non négligeables dans l’étude des transferts d’éléments chimiques. Des Volumes Élémentaires Représentatifs (VER) ont pu être mis en évidence pour une majorité d’échantillon. (§II) La simulation d’un écoulement monophasique permet d’établir la perméabilité effective des échantillons étudiés. Les échantillons possédant un VER sont étudiés au travers d’une simulation numérique directe à l’échelle du VER. Pour les échantillons ne présentant pas de VER, un réseau de pore est généré à partir de la reconstruction de l’échantillon. Dans les deux cas, les valeurs du tenseur de perméabilité effective obtenue montrent une conductivité hydraulique élevée. Les résultats sont similaires à d’autres essais expérimentaux présents dans la littérature et permettent de s’affranchir des effets de compressibilité des échantillons. (§III) Les propriétés thermiques sont caractérisées au travers d’une approche expérimentale et numérique couplée. L’approche expérimentale consiste en l’observation d’un transfert de chaleur conductif à l’état stationnaire. La caractérisation de la conductivité thermique effective met en exergue le caractère isolant de la couverture végétale basse de l’arctique, avec une consistance des valeurs entre chaque type d’échantillon. La valeur de la conductivité thermique intrinsèque du matériel végétal est calculée par modélisation inverse des résultats expérimentaux. L’ensemble des études des propriétés de transfert permettent de fournir un ancrage solide dans la génération d’une condition limite effective de la couverture végétale arctique. Des travaux ultérieurs seront néanmoins nécessaires, notamment sur la quantification de l’influence du flux radiatif solaire dans l’équilibre énergétique de la couverture végétale arctique. À cette fin, quelques travaux préliminaires sont présentés affirmant la nécessité d’obtenir des informations complémentaires sur les propriétés de transfert radiatif de cette interface poreuse biologique
Arctic environments are the regions that see the most significant climate warming of the Northern Hemisphere. These wetlands are widespread in Arctic ecosystems due to the large accumulation of organic matter (peat) produced by the organisms found there, Sphagnum mosses and lichens. The presence of large amounts of permanently frozen soil horizons (permafrost) makes these environments vulnerable. Numerous signals (increasing average annual temperatures, precipitation anomalies, changes in plant diversity) can already be observed. Climate projections for the year 2100 predict increases in temperature and precipitation in northernmost Arctic regions. These increases lead to the activation of climate feedback loops, which in return amplify climate change. The aim of this thesis is to study the low vegetation cover of Arctic wetlands (Sphagnum, lichens, peat) by considering them as a porous medium. A set of experimental and numerical techniques for studying porous media will be applied to samples from several sites: Khanymey (Siberia) as first place, but also Abisko (Sweden). Some samples from Clarens (France) are collected to serve as test samples. The samples are digitally reconstructed using X-ray tomography. The digital reconstruction is then used to study the morphological (§I), hydraulic (§II) and thermal (§III) properties of this biological porous medium. (§I) The morphological study shows a high porosity (sometimes more than 90%) for Sphagnum, lichen, and peat samples. High specific surface areas indicate a significant exchange and absorption potential for the study of element transfer. Representative Elementary Volumes (REV) may be defined for a majority of the samples. (§II) The simulation of a single-phase flow is used to compute the effective permeability of the studied samples. Samples with a REV are studied by direct numerical simulation at the REV scale. For samples without REV, a pore network is generated from the sample reconstruction. In both cases, the obtained values of the effective permeability tensor show a high hydraulic conductivity. The results are similar to other experimental tests reported in the literature and make it possible to overcome the problem of sample compressibility. (§III) The thermal properties are characterized using a coupled experimental and numerical approach. The experimental approach consists in studying the steady-state conductive heat transfer. The characterization of the effective thermal conductivity highlights the insulating property of the Arctic vegetation cover, with consistent values between each type of sample. The value of the intrinsic thermal conductivity of the plant material is calculated by inverse modeling of the experiments. Taken together, these transfer property studies provide a solid basis for generating an effective boundary condition for Arctic vegetation cover. However, further work is needed, in particular to quantify the influence of solar radiation flux on the energy balance of the Arctic vegetation cover. To this end, a preliminary work is presented that confirms the need for further information on the radiative transfer properties of this porous biological interface

Le réseau de transport d’électricité sillonne le territoire québécois sur plus de 34 000 kilomètres et certains tronçons traversent inévitablement des tourbières. Ce projet de restauration a été réalisé sur deux tourbières où des chemins avaient été construits dans des emprises de lignes de transport d’énergie, à Sainte-Eulalie (Centre-du-Québec) et Chénéville (Outaouais). Un chemin minéral en tourbière change la nature du substrat et peut influencer le niveau de la nappe phréatique et les caractéristiques physicochimiques de l’eau et de la tourbe. Ces changements peuvent conséquemment modifier la composition et la diversité des communautés végétales tourbicoles. Nous avons tenté de déterminer si l’enfouissement du matériel minéral permet de restaurer la tourbière. La méthode d’enfouissement sous déblai tourbeux (MESDT) utilisée consiste à excaver, puis enfouir in situ le chemin minéral sous la tourbe sous-jacente à la perturbation. La MESDT devrait permettre d’atteindre les objectifs de restauration en (1) limitant l’enrichissement de la tourbière par les éléments nutritifs introduits par le matériel minéral du chemin, (2) en permettant de conserver une surface tourbeuse d’élévation similaire à la tourbière environnante et (3) en facilitant le retour d’une végétation de tourbières telle que trouvée dans l’écosystème de référence. Que ce soit 1 an ou 3 ans post-restauration, les résultats des analyses physicochimiques de l’eau échantillonnée à différentes distances et profondeurs du chemin enfoui ont montré des concentrations en nutriments semblables aux moyennes observées dans les écosystèmes de référence. Les différences d’élévation du sol dans les bandes restaurées entre les relevés sont négligeables. Le couvert de sphaignes à Chénéville a été de 33 ± 9 % moins d’une saison de croissance post-restauration. À Sainte-Eulalie, 3 ans post-restauration, ce couvert a été plus faible (5 ± 3 %) en raison de la qualité du matériel d’emprunt disponible dans le canal de l’emprise drainée. Les résultats de ce projet d’étude montrent que la MESDT répond aux objectifs de restauration. De plus, elle demande moins de ressources humaines, matérielles et monétaires en comparaison de la méthode de retrait complet du matériel minéral.
The electric power transmission lines network spans across the territory of the province of Québec on 34 000 kilometers and some of its sections inevitably go through peatlands. This restoration project has been conducted on two peatlands where access roads were constructed under power lines: at Sainte-Eulalie (Centre-du-Québec) and Chénéville (Outaouais). A mineral road in a peatland changes the nature of the substrate and can influence the water table level and the physicochemical characteristics of the water and peat. These changes can modify the composition and diversity of the vegetal communities. We examined if burying the mineral material within the bog is an effective method to restore the peatland conditions. The restoration by the “Burial Under Peat Layer Method” (BUPLM) consists in excavating and burying the mineral material beneath the underlying peat material. The method should allow to reach restorations goals by (1) confining the nutrients introduced with the mineral material, (2) by conserving a peaty surface elevation similar to the adjacent areas and (3) by re-establishing typical peatland vegetation. Whether it is 1 or 3 years post-restoration, the results of the physicochemical analyses of the water sampled at various depths and distances of the buried road showed similar nutriments concentrations to the means observed in the reference ecosystems. The soil elevation differences in the restored areas between readings are insignificant. Less than a growth season post-restoration, the Sphagnum mosses cover at Chénéville is 33 ± 9 %. At Sainte-Eulalie, 3 years post-restoration, the Sphagnum cover is lower (5 ± 3 %) because of the quality and quantity of the material available in the drained right-of-way. The results of this project show that the BUPLM complies with restoration objectives. Furthermore, it is economically profitable in comparison with the complete removal of the mineral material.

Les tourbières ont stocké un tiers du carbone organique des sols mondiaux (C) malgré une superficie ne représentant que 3% de la surface terrestre. Cependant, en réponse aux changements globaux, les tourbières boréales et tempérées, majoritairement dominées par des sphaignes, peuvent être envahies par des plantes vasculaires susceptibles de modifier la dynamique du C dans ces écosystèmes. Cette thèse vise à étudier comment la présence des plantes vasculaires affecte le cycle du C des tourbières à sphaignes. Ces travaux ont porté principalement sur une plante envahissante de nombreuses tourbières, Molinia caerulea, via une étude en mésocosmes. Les expérimentations montrent que les plantes vasculaires sont à la fois favorables à la croissance des sphaignes et à la décomposition des litières. In fine, les résultats montrent que la présence de Molinia caerulea augmente la capacité de stockage du C dans les mésocosmes de sphaignes (30 to 220 gC stock m⁻² an⁻1), probablement liée à la forte productivité racinaire de cette plante. Cependant, cela semble s’opérer au détriment du C déjà stocké dans la tourbe avec une stimulation des microorganismes à travers la production d’exsudats racinaires. Ces derniers semblent également, d’une part promouvoir la consommation du C organique dissous et les émissions de CO₂ et de CH₄ observées en présence de Molinia caerulea, et d’autre part être responsables de la modification de la sensibilité à la température des exports de C via des changements des communautés microbiennes. L’impact de Molinia caerulea sur les microorganismes va aussi altérer ceux impliqués dans le cycle du N et entrainer une diminution des émissions de N₂O
Peatlands have stored a third of the soil organic Carbon (C) in only 3% of the land area. However, in response to global change, boreal and temperate peatlands may shift from Sphagnum to vascular plant-dominated peatlands that may alter their C-sink function. This thesis aims at providing a better understanding of the vascular plants interactions in a Sphagnum dominated peatland and their implications on the C cycle. This work mainly focus on the invasion of a graminoid plant, Molinia caerulea, through a mesocosm experiment. Results from experiments show that vascular plants are both able to promote the growth of Sphagnum mosses as well as the decomposition of their litter. Molinia caerulea occurrence appears to increase the C sink capacity of Sphagnum peat mesocosms passing of 30 to 220 gC stock m⁻² y⁻1. This capacity of Molinia caerulea to store C is probably due to it high roots productivity. However, it also seems to stimulate the decomposition of ‘old’ C, stored as peat, by stimulating microorganisms activity through roots exudates. These latter also promote the dissolved organic C consumption and CO₂ and CH₄ emissions observed with Molinia caerulea occurrence, as well as the temperature sensitivity of C exports by altering the microbial communities. Molinia caerulea impacts on microorganisms also affect N cycle conducting to a decrease of N₂O emissions in these ecosystems

Les tourbières représentent 2 à 3% des terres émergées et stockent entre 10 et 25% du carbone des sols. Les tourbières sont soumises à des contraintes anthropiques et climatiques importantes qui posent la question de la pérennité de leur fonctionnement en puits de C et de leur stock. Une meilleure compréhension de ces écosystèmes est nécessaire pour déterminer les facteurs et les effets et interactions de ces facteurs sur les émissions de gaz à effet de serre (GES). Ce travail a consisté à suivre les émissions de GES et les facteurs contrôlant dans La tourbière de La Guette (Sologne) pour établir son bilan de C. En parallèle des expérimentations sur l’effet de l’hydrologie sur les flux ont été menées, enfin un suivi sur 4 sites a été réalisé pour étudier la variabilité à l’échelle journalière. Les résultats de ces travaux montrent que la tourbière de La Guette a fonctionné en source de C (-220 ± 33 gC m-2 an-1) et ce malgré un niveau de nappe élevé. Ils montrent également l’importance de la variabilité spatiale des flux estimés à l’échelle d’un site. Les expérimentations confirment l’importance de l’hydrologie et suggèrent à haut niveau de nappe d’eau des phénomènes liés au transport des gaz. Enfin l’étude de la variabilité journalière montre que la sensibilité de la respiration à la température peut être différente le jour et la nuit et que la synchronisation entre les températures du sol et la respiration peuvent améliorer la représentation de cette dernière
Peatlands cover only 2 to 3% of the land area but store between 10 and 25% of the soil carbon. The outcome of the anthropic and climatic pressure on these ecosystems is uncertain regarding their functions and storage. A better understanding of these ecosystems is needed to determine the factors and their interactions on greenhouse gas (GHG) emission. This work consist in monitoring GHG emissions and controlling factors in a Sphagnum peatland to estimate its carbon balance. Experimentation on mesocosms were carried out to explore the effect of hydrology on the fluxes and a monitoring on 4 sites was made to study the daily variability. Results show that La Guette peatland was a carbon source (-220 ± 33 gC m-2 an-1) in spite of the high water table level. The importance of the spatial variability measured in the site was also demonstrate. The hydrology effect was confirmed by the mesocosms experiments and high water table level shows that gas transport might have an effect. Finally the study of the daily variability show that the temperature sensitivity of the respiration might be different between day and night and that synchronizing soil temperatures and respiration can improve the respiration representation

La structure des communautes de microorganismes et les activites photosynthetique et heterotrophes microbiennes ont ete etudiees a la surface d'une tourbiere a sphaignes, en conditions naturelles et apres enrichissement en fertilisants agricoles et en azote. De plus, les interactions trophiques au sein de la boucle microbienne ont ete examinees au travers de l'etude de l'activite bacterivore des protozoaires et des rotiferes et du regime alimentaire des thecamoebiens. En conditions non-perturbees, les bacteries heterotrophes (33% de la biomasse microbienne totale) et les algues (32%) constituent les communautes de microorganismes les plus importantes. Les protozoaires (18%), les champignons (10%), les cyanobacteries (5%) et les micro-metazoaires (<3%) ont une importance moindre. Le rapport microorganismes heterotrophes / pigmentes est, en terme de biomasse, de 63/37, ce qui souligne l'importance de la boucle microbienne dans les tourbieres a sphaignes. La mise en evidence de la capacite de certaines especes de thecamoebiens a assimiler une tres large gamme de proies suggere que ce comportement trophique leur confere un avantage competitif par rapport aux autres microorganismes predateurs. Les apports de fertilisants (pkca et npkca) modifient la structure des communautes microbiennes en provoquant l'augmentation de l'importance relative des bacteries heterotrophes des microalgues et des cilies, et la diminution de celle des thecamoebiens. Les apports d'azote entrainent essentiellement une augmentation significative de la biomasse des microorganismes pigmentes et de la production primaire microbienne, tandis que la biomasse des microorganismes heterotrophes, et en particulier celle des bacteries, est peu modifiee. Ces derniers resultats indiquent clairement que la structure et le fonctionnement des communautes microbiennes, et notamment ceux des communautes de protistes, peuvent etre des indicateurs precoces des perturbations d'origine anthropique dans les tourbieres.

La connaissance précise au fil du temps des propriétés physiques du milieu de culture d’un végétal est importante pour une gestion efficace de l'irrigation et de la fertilisation. Ce travail est consacré a l’évaluation des évolutions hydriques (rétention en eau), structurales (retrait/gonflement) et superficielles (mouillabilité) des matériaux organiques utilisés comme supports de culture pendant plusieurs cycles de dessiccation et ré-humectation. Un effort de développement expérimental important a porté sur la mise au point de méthodes permettant de mesurer simultanément et en continuité les variations de déformation volumique (retrait/gonflement) du massif et de ses propriétés de rétention en eau. Trois matériaux, tourbe blonde de sphaigne, tourbe noire et fibre de coco ont été testés avec des contraintes hydriques atteignant -32 kPa. Les courbes obtenues montrent une évolution importante du volume du massif au cours du cycle de dessiccation et ré-humectation, les 2"’ et 3' Cycle sont répétitifs et superposables. L’intensité de la dessiccation appliquée a un effet important sur les propriétés de rétention en ré-humectation dans le cas des tourbes blondes de sphaigne ; il est peu perceptible pour la tourbe noire et la fibre de coco. Tous les matériaux testés montrent un caractère biporal très marqué avec une première porosité inter-grain ou inter-fibre se vidant autour de -lkPa et une porosité intra-grain plus variable en fonction des matériaux, de -15kPa pour la tourbe blonde a -40kPa pour la tourbe noire. Le caractère hydrophobe des matériaux au cours de la dessiccation a été évalué avec deux méthodes : ascension capillaire et goutte posée. Une approche méthodologique a permis de mettre en correspondance ces deux approches et d’expliquer leurs différences. Pour tous les matériaux, la mouillabilité varie surtout en fonction de l’humidité de matériau. Le retour a un caractère hydrophile avec la ré-humectation est variable et fonction des matériaux, rapide et réversible dans le cas de la fibre de coco, il est plus lent dans le cas des tourbes. Si les phénomènes dits « de bouteilles d’encre » restent probablement prépondérants pour expliquer l’hystérèse des propriétés de rétention dans les états les plus humides, l’utilisation d’un modelé biporal de type van Genuchten et introduisant un angle de contact en ré-humectation a permis de montrer que dans les dessiccations les plus poussées, l ' hydrophobie peut expliquer la plus grande partie des phénomènes d’hystérèse
The precise knowledge over time of physical properties of a plant roots environment is important for the effective management of irrigation and fertilization. This work is devoted to the assessment of the variations in water retention, shrinkage/swelling and wettability of organic materials used as growing media during several drying and resetting cycles. An important effort is done to develop the methods used to measure simultaneously and continuously the changes in volumetric deformation of the massif (shrinkage/swelling) and its water retention properties. Three materials, sphagnum peat, black peat and coco coir were tested with suction up to -32 kPa. The curves obtained show an important evolution during the first drying and rewetting cycle, however the second and third cycle is repetitive and superimposed. The drying intensity has the impact on the irreversibility of water retention measured on peat, however it is not very perceptible with black peat and coco coir. All materials tested showed a double porosities character with a porosity inter-fiber or inter-grain emptied around -1 kPa and another porosity intra-grain with the air entry pressure variable depending on materials, -15 kPa for blond peat and -40 kPa for black peat. The water repellency of material during the drying was assessed with two methods: sessile drop and capillary rising methods. This methodological approach allows finding out their correspondence and difference. The variation of wettability depends mainly on the humidity of material. If the effect of “ink bottle” is probably crucial in explaining the hysteresis of water retention properties in the most wet states, using a bimodal model of van Genuchten introduced a contact angle in resetting has shown the water repellency can explain the hysteresis in the case of more intense drying suction

Dans un contexte de réchauffement climatique, la fonction puits de carbone des tourbières à sphaignes est susceptible d’être altérée en raison d’une modification des interactions sphaignes-microorganismes, responsables de l’accumulation de carbone. L’objectif de cette thèse a été (1) d’identifier les interactions chimiques entre les polyphénols des sphaignes et les communautés microbiennes des sphaignes et (2) d’évaluer l’impact du réchauffement climatique sur ces relations.Un dispositif expérimental (Open Top Chambers) simulant in situ une hausse modérée des températures (+ 1°C) a été installé sur la tourbière de Frasne (25). La hausse des températures a provoqué une modification du réseau alimentaire microbien avec l’augmentation de la biomasse des bactéries et une baisse importante (-70%) de la biomasse des prédateurs (amibes à thèque). Le réchauffement climatique a également induit une baisse de la production de polyphénols, diminuant ainsi leur effet inhibiteur sur les microorganismes. En parallèle à cette baisse, une hausse des activités enzymatiques phénoloxydases a également été enregistrée. Le réchauffement a ainsi modifié les relations polyphénols – phénoloxydases, deux éléments essentiels du cycle du carbone des tourbières.Les différents changements induits par le réchauffement climatique (polyphénols, phénoloxydases, réseau trophique microbien) ont aussi conduit à une modification des relations « sphaignes-microorganismes » via une accélération potentielle du recyclage des nutriments, ce qui pourrait influencer sur le long terme le fonctionnement de l’écosystème tourbière
Carbon stocks of Sphagnum-peatlands are likely to be altered by climate warming due to important changes in “Sphagnum-microorganisms” relationships which are responsible for carbon sequestration. The objectives of the thesis are (1) to identify the chemical interactions between Sphagnum-polyphenols and Sphagnum associated microbial communities and (2) to understand the impact of warming on these relationships.An experimental design using Open-Top-Chambers (OTC) was used to simulate an increase of air temperatures (+1°C) on a peatland situated in Jura Mountains (Frasne, 25). Temperature increase induced a modification of the microbial food web with an increase of the biomass of bacteria and a strong decrease of the biomass of top-predators (-70%), i.e. testate amoebae. Warming also induced a decrease of Sphagnum-polyphenols, diminishing their inhibitory effect on microbial communities. In parallel, an increase of phenoloxidase enzymatic activities was recorded in OTC. Climate warming thus modified polyphenol-phenoloxidase interplay, two crucial components of carbon cycle in peatlands. Warming effects on the different components – i.e. polyphenols, phenoloxidases, microbial food web – induced a modification of Sphagnum-microbial communities interplay, favoring carbon and nutrient recycling, which could alter peatland functioning in long-term

Dans un contexte de réchauffement climatique, la fonction puits de carbone des tourbières à sphaignes est susceptible d'être altérée en raison d'une modification des interactions sphaignes-microorganismes, responsables de l'accumulation de carbone. L'objectif de cette thèse a été (1) d'identifier les interactions chimiques entre les polyphénols des sphaignes et les communautés microbiennes des sphaignes et (2) d'évaluer l'impact du réchauffement climatique sur ces relations.Un dispositif expérimental (Open Top Chambers) simulant in situ une hausse modérée des températures (+ 1°C) a été installé sur la tourbière de Frasne (25). La hausse des températures a provoqué une modification du réseau alimentaire microbien avec l'augmentation de la biomasse des bactéries et une baisse importante (-70%) de la biomasse des prédateurs (amibes à thèque). Le réchauffement climatique a également induit une baisse de la production de polyphénols, diminuant ainsi leur effet inhibiteur sur les microorganismes. En parallèle à cette baisse, une hausse des activités enzymatiques phénoloxydases a également été enregistrée. Le réchauffement a ainsi modifié les relations polyphénols - phénoloxydases, deux éléments essentiels du cycle du carbone des tourbières.Les différents changements induits par le réchauffement climatique (polyphénols, phénoloxydases, réseau trophique microbien) ont aussi conduit à une modification des relations " sphaignes-microorganismes " via une accélération potentielle du recyclage des nutriments, ce qui pourrait influencer sur le long terme le fonctionnement de l'écosystème tourbière.

Les tourbières ombrotrophes (bogs) sont connues pour être des puits de carbone, en partie, en raison de leur résistance et leur résilience au feu. Ainsi, dans un contexte de changement climatique où plusieurs politiques incitent à diminuer les émissions de carbone vers l’atmosphère, on vise la restauration rapide de toute tourbière dégradée. L’industrie horticole canadienne a développé une méthode de restauration écologique prometteuse. Plus de 100 sites ont été restaurés au Canada et malgré plusieurs indicateurs de succès du fonctionnement de l’écosystème, on espère que les jeunes sites récemment restaurés seront résistants et résilients au feu. Toutefois, peu d’études concernent la réponse d’un écosystème restauré à une perturbation ultérieure à la restauration et aucune ne concerne la réponse au feu d’une tourbière restaurée. À la fin de l’été 2014, un feu s’est déclaré dans une tourbière brûlant partiellement un secteur restauré vieux de dix ans et un secteur naturel avoisinant. Cela offre la première occasion d’observer la réponse au feu d’une tourbière restaurée. Cette étude se divise en deux objectifs:1) déterminer si la capacité d’accumulation de carbone et le recouvrement végétal sont similaires entre les zones brûlées et non brûlées du secteur restauré, une saison de croissance après le feu; 2) comparer la reprise muscinale après feu entre le secteur restauré et le secteur naturel. Le taux de production de phytobiomasse était semblable entre les zones brûlées et non brûlées et le recouvrement végétal des zones brûlées retournait à un état semblable aux zones non brûlées à la fin de la première saison de croissance après le feu pour le secteur restauré. Les buttes de sphaignes du secteur restauré ont mieux résisté au feu et affichent une meilleure récupération initiale de la strate muscinale que le secteur naturel. Cette étude montre une tendance vers la résilience au feu des bogs restaurés.
Ombrotrophic peatlands (bogs) are known to be Carbone sink partially because of their resistance and resilience to fire. In a global climatic change context with politics aiming toward a reduction of atmospheric Carbone emission, a quick restoration of every degrade peatlands is desirable. The Canadian horticultural industry developed a promising peatland restoration technique. More than 100 sites were restored in Canada and despite many success indicators, we still hope that restored peatlands are resistantandresilient to fire. Indeed, few studies assess an ecosystem response to a disturbance happening after restorationandnone evaluates the response to fire of restored peatlands. At the end of summer 2014, a fire occurred in a Southern Quebec bog, partially burning a ten years old restored sectoranda natural one nearby providing the first opportunity to study the response to fire of a restored peatland. This research is divided in two objectives: 1) determine if the peat accumulation potentialandplant cover are the same between the burnedandunburned parts of the restored sector one growing season after fireand2) compare the mosses strata recovery between the naturalandthe restored sectors. The phytobiomass production rate was similar between the burnedandunburned parts of the restored sectorandthe burned parts plant cover growths significantly during the first growing season after fire, even reaching a similar level as the unburned parts for some areas. Sphagnumhummocks of the restored sectors showed a better resistanceandrecovery than the one in the natural sector. Thus, this study shows a tendency to resilience to fire of restored ombrotrophic peatlands.

Ce travail traite des mecanismes de fonctionnement de l'ecosysteme tourbiere dans les monts du forez (massif central francais). L'etude synchronique des principaux stades d'evolution d'un site non modifie montre que la production annuelle () et l'accumulation (a) de matiere organique sont sensiblement equivalentes dans les differents facies (p=950 gms. M##2; a=650 gms. M##2). La contribution des sphaignes diminue du bas- vers le haut-marais, a l'inverse du compartiment racinaire. La proportion de production primaire annuelle qui passe finalement dans la catotelme est de 11,5% (haut-marais). La periode de transit dans l'acrotelme est de 10 ans au cours desquels 88,5% de la production sont decomposes. L'etude diachronique d'un bas-marais a carex rostrata et sphagnum fallax, sous l'influence de differents traitements, montre que les effets de la fauche et de la fertilisation entrainent une transformation de la composition botanique (developpement d'especes de type prairial et disparition des sphaignes), une augmentation de la biomasse et de la diversite, une amelioration des nutritions n,p,k. Les cycles c,n,p,k,ca sont modifies. Le bas-marais oligotrophe originel, systeme ferme (recyclage interne a la plante tres marque, accumulation de matiere organique forte) evolue vers un bas-marais eu-mesotrophe, systeme ouvert, caracterise par des pertes en nutriments plus importantes et une augmentation des activites de decomposition

Les amibes à thèque, également appelés thécamoebiens, sont des micro-organismes unicellulaires, qui construisent une enveloppe rigide, appelée thèque (Adl et al., 2012). Ces thèques ont des tailles, formes et natures très variées (Ogden & Hedley, 1980). Les récentes études sur la composition des thèques ont conduit à émettre l’hypothèse que les amibes xénosomiques (constituées de particules exogènes), peuvent constituer des bio-indicateurs pertinents de la diversité particulaire de l’environnement minéral, organique et biologique dans lequel elles évoluent.L’objectif principal des recherches menées au cours de cette thèse vise donc à caractériser la composition des thèques d’amibes xénosomiques et à en évaluer leur utilisation potentielle en tant que bio-indicateurs des dépôts de particules d'origine atmosphérique. Pour cela, des thèques d’amibes ont été analysées in situ en conditions naturelles et après dépôts artificiels de particules minérales allochtones.Ces travaux permettent de dégager plusieurs conclusions majeures :(1) La taille des particules minérales intégrées dans la thèque xénosomique de Bullinularia indica est similaire à celle des particules minérales transportées dans l'atmosphère; (2) les particules minérales intégrées dans les thèques sont des silicates stables dans les conditions physico-chimiques régnant dans les tourbières, les bryophytes et les sols étudiés; (3) certains minéraux comme la phlogopite, même lorsqu’ils sont présents en de fortes concentrations, ne sont jamais intégrés par les amibes; (4) la combinaison des observations portant sur la taille, la forme et la nature des particules utilisées par des amibes xénosomiques permet de poser les bases de l'utilisation des amibes à thèques pour la bio-indication de la diversité particulaire atmosphérique récente ou ancienne
Theca-like amoebae, also called thecaamoebius, are unicellular microorganisms, which construct a rigid envelope called theca (Adl et al., 2012). These themes have very varied sizes, shapes and natures (Ogden & Hedley, 1980). Recent studies on the composition of the themes have led to the hypothesis that xenosomal amoebae (constituted by exogenous particles) can constitute relevant bio-indicators of the particulate diversity of the mineral, organic and biological environment in which they evolve . The main objective of the research carried out during this thesis is therefore to characterize the composition of the xenosomal amoebae and to evaluate their potential use as bioindicators of deposits of atmospheric particles. For this purpose, amoeba theae were analyzed in situ under natural conditions and after artificial deposits of allochtonous mineral particles. Several major conclusions can be drawn from this work: (1) The size of the mineral particles integrated in the xenosomal theca of Bullinularia indica Is similar to that of mineral particles transported into the atmosphere; (2) the mineral particles integrated into the thecs are stable silicates under the physico-chemical conditions prevailing in the peatlands, bryophytes and soils studied; (3) some minerals such as phlogopite, even when present in high concentrations, are never integrated by amoebae; (4) the combination of observations on the size, shape and nature of the particles used by xenosomic amoebae forms the basis for the use of tea amoeba for bioindication of recent or former atmospheric particulate diversity

Dans un contexte de réchauffement climatique, la fonction " puits " de carbone (C) des tourbières est susceptible de changer en fonction " source " libérant ainsi de grandes quantités de C dans l'atmosphère sous l'effet d'une dégradation accrue de la matière organique (MO). Ainsi cette thèse se sont attachés à étudier la dynamique de dégradation de la MO labile (MOL) et récalcitrante (MOR) en fonction de 3 facteurs contrôlant (le niveau relatif de la nappe, un réchauffement simulé in situ et des variations saisonnières) dans la tourbière ombrotrophe du Forbonnet (25, Jura). Basés sur des analyses biogéochimiques et moléculaires de (i) la tourbe (50cm d'épaisseur), (ii) la fraction organique extractible à l'eau (WEOM) et (iii) les eaux piézométriques, les résultats acquis montrent une dégradation accrue de la MOL (e.g. polysaccharides et produits de son hydrolyse tels que le fructose,le glucose et le saccharose) et de la MOR sous l'effet d'une diminution du niveau de la nappe. Les conditions hydrologiques affectent également les processus de dégradation (sénescence et un éventuel priming effect) et d'humification de la MO pouvant conditionner le piégeage potentiel de laMOL. Après 13 mois d'incubation, l'effet du réchauffement simulé se traduirait par une hausse de l'évapotranspiration dans la condition la plus humide, là où l'étude de la WEOM indique une moindre dégradation de la MOL en surface contrairement aux niveaux profonds. Enfin, les travaux portant sur la dynamique saisonnière du C des eaux piézométriques soulignent le besoin d'intégrer la notion d'interactions entre facteurs contrôlant le cycle du C dans les tourbières pour comprendre leur réponse aux changements climatiques.