Dissertations / Theses: 'Cycle de carbone'

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Maffre, Pierre. "Interactions entre tectonique, érosion, altération des roches silicatées et climat à l'échelle des temps géologiques : rôle des chaînes de montagnes." Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30287.

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Abstract:

Cette thèse explore l'influence des orogenèses sur le climat de la Terre à travers l'étude quantitative des interactions entre dynamique climatique, érosion des continents, taux d'altération chimique des roches silicatées et cycle géologique du carbone. Le premier chapitre détaille les mécanismes par lesquels les reliefs affectent la circulation atmosphérique et océanique, l'emphase est mise sur la circulation thermohaline. Le second chapitre compare les effets des changements de dynamique climatique et d'érosion liés à la présence de montagnes sur l'altérabilité des continents. Le troisième chapitre développe un modèle dynamique de régolithe applicable à l'échelle globale et étudie son comportement en régime transitoire, ainsi que la réponse du cycle du carbone à un dégazage de CO2. Enfin, le quatrième chapitre s'attache à modéliser le cycle isotopique continental du lithium, potentiel traceur de l'altération dans le passé de la Terre. Ce modèle est appliqué au cas du bassin amazonien This thesis explores how orogenies may affect the Earth climate through the quantification of the interactions between climate dynamics, continental erosion, silicate rock weathering rate and geological carbon cycle. The first chapter describes the mechanisms linking the continental topography and its impacts on the atmospheric and oceanic circulations, with emphasis on the thermohaline circulation. The second chapter compares the effects on continental weatherability of climate dynamics and erosional changes related to the presence of mountains. The third chapter describes a dynamic model of regolith designed for global scale simulations, and describes its transient behavior, as well as its response to a CO2 degassing. Finally, the last chapter presents a numerical model of the continental isotopic cycle of lithium, so that its reliability as a proxy of the past weathering can be tested. The model explores the case study of the Amazon lithium cycle

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Mariotti, Véronique. "Le cycle du carbone en climat glaciaire : état moyen et variabilité." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2013. http://www.theses.fr/2013VERS0071.

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Abstract:

Les variations du CO2 atmosphérique, de l’ordre de 100 ppm, entre glaciaire et interglaciaire, ainsi que celles du 14C, ne sont toujours pas bien comprises. C’est aussi le cas des variations de 20 ppm du CO2 associées à des évènements abrupts en climat glaciaire. En utilisant une approche combinant modèles et données, j’ai montré (1) que le mécanisme de plongée de la saumure - poches de sel rejetées lors de la formation de la banquise - autour de l’Antarctique, susceptible d’expliquer les variations du CO2 à l’échelle glaciaire-interglaciaire selon des études précédentes, permettait aussi d’expliquer le 14C, (2) qu’une oscillation de ce mécanisme pouvait être à l’origine des variations de 20 ppm du CO2 lors des évènements abrupts, (3) que la productivité marine était correctement simulée sur l’échelle glaciaire-interglaciaire et lors des événements abrupts et (4) que pour les deux types de variations, elle avait un rôle limité sur le CO2. 􀀀 Atmospheric CO2 variations, of around 100 ppm, between glacial and interglacial climates, and 14C variations, are not well understood. This is also the case for the 20 ppm variations of CO2 associated to abrupts events at glacial times. Combining both models and data, I have shown (1) that the sinking of brines mechanism - pockets of salt rejected by sea-ice formation - around Antarctica, likely able to explain glacial-interglacial CO2 variations according to previous studies, could also explain the 14C, (2) that an oscillation of this mechanism could also induce the 20 ppm variations of CO2, during abrupt events, (3) that marine productivity was correctly simulated on the glacial-interglacial time scale and during abrupts events and (4) that for both kinds of variations, it had a limited role on CO2

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Leloup, Gaëlle. "Le climat du prochain million d'années : quels scénarios pour le futur ?" Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPASJ001.

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Abstract:

Tandis que de nombreuses études s'intéressent à l'impact des émissions anthropiques de gaz à effet de serre sur le climat du prochain siècle, très peu s'intéressent aux impacts à plus grande échelle de temps, de plusieurs dizaines de milliers d'années jusqu'à un million d'années. Cependant, dû au long temps de résidence du CO2 dans les enveloppes superficielles de la Terre, les émissions anthropiques actuelles vont impacter le climat bien au-delà du prochain siècle.L'objectif de cette thèse est d'élargir le cadre des études actuelles sur le climat du prochain million d'années, en revisitant certaines des hypothèses classiquement faites. Les études existantes considèrent rarement une fonte partielle ou totale de la calotte Antarctique et supposent que les concentrations atmosphériques de CO2 reviennent à la valeur pré-industrielle au bout de centaines de milliers d'années, grâce à la rétroaction des silicates.Dans cette étude, nous considérons les évolutions possibles de la calotte Antarctique.Plus précisément, j'ai étudié l'équilibre de la calotte Antarctique pour différents niveaux de CO2 atmosphérique, en utilisant le modèle système terre de complexité intermédiaire iLOVECLIM, couplé au modèle de calotte Antarctique GRISLI. Pour cela, j'ai d'abord appliqué des niveaux de CO2 croissants, jusqu'à ce que la calotte Antarctique fonde entièrement, puis j'ai appliqué des niveaux de CO2 décroissants, jusqu'à ce que la calotte re-grossisse. Nos résultats montrent qu'il y a un fort effet d'hystérésis. Notre configuration permet de prendre en compte la rétroaction de l'albédo sur la fonte, et produit des transitions entre des états de l'Antarctique englacés ou désenglacés plus brutales que dans des études ne prenant pas en compte cette rétroaction. La limite en CO2 conduisant à une glaciation ou déglaciation de l'Antarctique dépend de la configuration orbitale.En parallèle, j'ai développé un modèle conceptuel pour le cycle du carbone géologique, qui comporte des équilibres multiples, ayant pour objectif de reproduire des cycles de plusieurs millions d'années dans le d13C, en cohérence avec les données. Ces éventuels équilibres multiples dans le cycle du carbone pourraient donner lieu à une évolution du CO2 atmosphérique à long terme très différente de celle modélisée dans de précédentes études.Enfin, nous discutons des implications de nos résultats sur une possible sortie du Quaternaire, avec non seulement une fin des glaciations de l'hémisphère Nord mais aussi une fonte totale de la calotte Antarctique While many studies focus on the impacts of anthropogenic greenhouse gas on climate on the timescale of the next century, very few have investigated the impacts on a longer timescale, from tens of millennia to a million years. However, due to the long lifetime of CO2 in Earth's surface reservoirs, current anthropogenic emissions are expected to impact the climate on a much longer timescale than the coming century.The objective of this thesis is to broaden the scope of existing studies on the climate of the next million years, by revisiting some of their classical hypotheses. Existing studies rarely consider a partial or total melt of the Antarctic ice sheet, and assume that atmospheric CO2 concentrations come back to pre-industrial levels after hundreds of thousands years, due to silicate weathering.In this study, we explore potential evolutions of the Antarctic ice sheet.More precisely, I have investigated the long term equilibrium of the Antarctic ice sheet under different CO2 levels, using the Earth System model of intermediate complexity iLOVECLIM, coupled to the GRISLI Antarctic ice sheet model, by first applying increasing CO2 levels until the Antarctic ice sheet retreats entirely, and then applying decreasing CO2 levels until the ice sheet regrows. Our results show that the ice sheet exhibits a strong hysteresis behavior. Due to the inclusion of the albedo-melt feedback in our setup, the transition between a glaciated Antarctic ice sheet and an ice-free Antarctic and conversely is more brutal than in previous studies not including this feedback. The CO2 threshold for both Antarctic glaciation and deglaciation varies with the orbital configuration.Additionally, I have developed a conceptual model for the geological carbon cycle that includes multiple equilibria in order to reproduce multi million year cycles in the d13C that are coherent with the data. These potential multiple equilibria in the carbon cycle could lead to a widely different atmospheric CO2 concentration evolution on long timescales, compared to existing studies.Finally, we discuss the implications of our results on a potential end of the Quaternary in the future, with a disappearance of Northern Hemisphere glaciations, but also a disappearance of the Antarctic ice sheet

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Bouttes, Nathaëlle. "L’évolution du cycle du carbone au cours du Quaternaire." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066376.

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Abstract:

Durant les 2,6 derniers millions d'années (le Quaternaire), le climat de la Terre n'a cessé d'osciller entre un climat plus froid (période glaciaire) et un climat plus chaud (période interglaciaire). Pendant ces variations, appelées cycles glaciaires-interglaciaires, les carottes de glace venant d'Antarctique indiquent que les concentrations en CO2 dans l'atmosphère passent de valeurs faibles en période froide à des valeurs élevées en périodes chaudes. Cette évolution n'avait pour l'instant pas trouvé d'explication satisfaisante malgré de nombreuses hypothèses. Or comprendre les mécanismes à l'origine de ces variations est crucial pour connaître le système climatique et chercher à en anticiper les variations futures. A l'aide de modèles numériques de climat j'ai testé une nouvelle théorie basée sur une circulation océanique modifiée en période glaciaire. En période froide, alors que les calottes de glaces sont plus étendues, la formation de glace de mer devient plus importante. Celle-ci étant formée d'eau douce, le sel en excès est rejeté à la mer. De l'eau très salée et donc très dense est alors créée qui peut plonger dans l'océan profond. Le résultat en est un océan de fond plus dense en période glaciaire d'où un océan plus stratifié (fond dense et surface légère). Le mélange vertical est alors plus difficile et les échanges entre surface et fond sont réduits. Le fond de l'océan ainsi isolé constitue un réservoir important pouvant contenir le carbone qui n'est plus dans l'atmosphère. On peut ainsi expliquer la majorité de la baisse du CO2 atmosphérique en période glaciaire, ainsi que les changements de valeurs des isotopes du carbone dans l'océan et l'atmosphère.

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Crichton, Katherine. "The role of permafrost soils in the global carbon-cycle on the timescales of centuries to multi-millennia : a modelling study." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENU049/document.

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Abstract:

Cette étude visait à développer un modèle dynamique du pergélisol-carbone à intégrer dans le modèle CLIMBER-2 et d'effectuer des simulations en vue de contribuer à la connaissance du cycle du carbone. Ce travail pourrait, pour la première fois, permettre une étude de modélisation avec un modèle de système terrestre qui comprendrait l'atmosphère dynamique, l'océan dynamique, la végétation dynamique et les composantes de la cryosphere, y compris les terres gelées, afin d'étudier le paléoclimat. La disponibilité des données récentes du CO2 et de δ13C de CO2 dans l'atmosphère fourni un moyen de valider les résultats du modèle pour déterminer si une dynamique pergélisol-carbone pourrait avoir joué un rôle important au cours des climats changeants.Un mécanisme pergélisol-carbone simplifié a été développé et validé et à été réglé en utilisant les données de la terminaison 1 (T1). Il a été constaté que, pour reproduire des données de CO2 et δ13C atmosphériques (pour l'atmosphère et l'océan) au cours de T1, une combinaison des mécanismes océaniques-glaciaires et pergélisol-carbone ont été nécessaires. Suite à cette constatation, plusieurs cycles glaciaires ont été modélisés pour étudier la sensibilité du mécanisme pergélisol-carbone aux forçages de CO2, les calottes glaciaires et l'insolation. l'étendue des calottes glaciaires a été jugée particulièrement importante pour le contrôle de la superficie des terres disponibles pour le pergélisol, et donc aussi pour la dynamique du carbone du pergélisol-carbone. La libération du carbone dans les sols de dégel en réponse à l'augmentation de l'insolation d'été dans les hautes latitudes, a été jugée très probable comme la source des hausses initiales de CO2 dans l'atmosphère au cours des terminaisons glaciaires.Les données CO2 de terminaison 1 peuvent être bien reproduits, y compris le plateau de CO2 BA / YD, quand le forçage de l'eau douce est appliqué à l'Atlantique nord. Expériences avec forçage de l'eau douce ont souligné l'importance du mécanisme du pergélisol-carbone dans l'évolution rapide des climats. Les augmentations très rapides des niveaux de CO2 dans l'atmosphère peuvent être expliqués par la libération rapide des sols en carbone en réponse à l'augmentation du transport de chaleur vers l'hémisphère nord. C'est en réponse à la reprise de l'AMOC suite d'un événement AMOC arrêt/réduction, tels que des événements D/O vu dans les données du δ18O Groenland. Les projections de changement climatique représentent des événements de réchauffement rapide. La conduite du modèle par des projections d'émissions (base de données RCP) a prédit l'augmentation du CO2 de pic et une plus longue période a des niveaux élevées de CO2 par rapport aux sorties du modèle qui ne comprennent pas les évaluations du pergélisol-carbone.L'analyse de δ13C de l'océan doit tenir compte de la dynamique du pergélisol et du carbone de la terre en général et de son effet sur les niveaux de δ13C atmosphériques. Si ce n'est pas pris en compte alors la circulation océanique peut être trop invoquée pour tenter d'expliquer les changements de δ13C de l'océan et du CO2 atmosphérique.Le mécanisme pergélisol-carbone réagit aux changements de température et amplifie la réponse du cycle du carbone. Il est fortement dépendant non seulement de l'apport d'énergie (qui détermine la température du sol et de l'emplacement du pergélisol), mais également de la surface de terres disponible à l'échelle mondiale sur laquelle le pergélisol peut exister. Afin de modéliser et de comprendre correctement la réponse du système terrestre dans les climats futurs et passés, le mécanisme de rétroaction pergélisol-carbone est un élément important du système. Ce travail a été une première étape pour aborder le rôle que la cryosphere terrestre joue dans le cycle du carbone et du système climatique sur de longues échelles de temps, et que d'autres études sont essentielles This study aimed to develop a permafrost-carbon dynamic model to incorporate into the CLIMBER-2 Earth system model and to carry out simulations with a view to contributing to the knowledge of the carbon cycle. The work would, for the first time, allow a fully coupled modelling study with an earth system model which included dynamic atmosphere, ocean, vegetation and cryosphere components including frozen land to study paleoclimates. The availability of recent ice core data for CO2 and δ13C of atmospheric CO2 was to provide a means of validating model findings to identify whether a permafrost-carbon dynamic could have played a significant role in past changing climates.The deep Southern Ocean is an area of particular interest for glacial-interglacial CO2 variability, and current modelling efforts aim to recreate the observed CO2 changes using ocean mechanisms. These are often related to deep southern ocean carbon storage and release. So far the terrestrial biosphere has not been well-considered in transient simulations of the carbon cycle in Earth system models.A simplified permafrost-carbon mechanism was developed and validated and tuned using data from termination 1. It was found that in order to reproduce atmospheric CO2 and δ13C data (for atmosphere and ocean) during the termination, a combination of glacial ocean mechanisms and the permafrost-carbon mechanism was required. Following this finding, several glacial cycles were modelled to study the sensitivity of the permafrost-carbon mechanisms to CO2, ice sheets and insolation. Ice sheet extent was found to be particularly important in controlling the land area available for permafrost and therefore the carbon dynamics of permafrost-carbon. The permafrost-carbon mechanism, via carbon release from thawing soils responding to increasing summer insolation in higher northern latitudes, was found to very likely be the source of initial rises in CO2 on glacial terminations.Termination 1 CO2 data could be well reproduced, including the B-A/YD CO2 plateau, when fresh water forcing was applied to the north Atlantic. Fresh water forcing experiments pointed to the importance of the permafrost-carbon mechanism in fast changing climates. Very fast increases in atmospheric CO2 levels may be explained by fast soil-carbon release responding to increased heat transport to the northern hemisphere on AMOC resumption following an AMOC switch-off/reduction event, such as D/O events seen in the Greenland δ18O record. Future climate change projections represent fast warming events. Driving the model by emissions projections (RCP database) predicted increased peak CO2 and much longer term elevated CO2 levels relative to model outputs which did not include the permafrost carbon feedback.Analysis of ocean δ13C must take into account the dynamics of permafrost and land carbon in general and its effect on atmospheric δ13C levels. If this is not taken into account then ocean circulation may be over-invoked in attempting to explain changes in ocean δ13C and atmospheric CO2. The Earth system is not simply atmosphere and ocean. The findings in this work highlight that it is essential to consider land carbon dynamics when interpreting paleo-indicators for the carbon cycle.The permafrost-carbon mechanism reacts to temperature changes and amplifies the carbon cycle's response. It is stongly dependent not only on energy input (that determines soil temperature and permafrost location), but also on the area of land available globally on which it can exist. In order to properly model and understand the Earth system response to forcing in both future and past climates, the permafrost-carbon feedback mechanism is an important system component. This work has been a first step to address the role that the land cryosphere plays in the carbon cycle and climate system on long timescales, and further studies are essential

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

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Abstract:

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

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

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Abstract:

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

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Berthonneau, Clément. "Etude de la dégradation du cycle A de stéroïdes." Nantes, 2014. https://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show/show?id=29099bb0-bb3d-4eb1-bdcf-254fc539d1c2.

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Ce mémoire présente une contribution au développement d'une synthèse rapide et efficace pour la préparation à l'échelle du gramme de stéroïdes contenant trois atomes de carbone 13. La stratégie que nous avons mis en place repose sur deux étapes clés : la dégradation du cycle A de la 1,4- androstadiène-3,17-dione ou de la 4-androstène-3,17-dione en un précurseur céto-aldéhyde, puis, à partir de ce dernier, la reconstruction du cycle A avec un réactif de Wittig marqué par trois atomes de carbones 13. Deux approches originales ont été développées pour la synthèse de l'intermédiaire céto-aldéhyde clé, soit par une réaction d'ozonolyse, soit par une réaction de décarbonylation pallado-catalysée. Cette méthodologie a été appliquée avec succès pour la synthèse à l'échelle du gramme de différents stéroïdes comportant trois atomes de carbone 13. D'un point de vue général, ce travail apporte une solution efficace à cette problématique par rapport aux synthèses publiées dans la littérature This thesis presents a contribution to the development of a fast, efficient and scalable synthesis of steroids containing three carbon 13 atoms. Our strategy is based on two key-steps : ring A degradation of l,4-androstadien-3,17-dione or of 4-androsten-3,17-dione into a keto-aldehyde precursor, and then, ring A reconstruction from this latter intermediate with a three carbon 13 labeled Wittig reagent. Two original approaches were developed for the synthesis of the key keto-aldehyde intermediate, either by a one-pot multi-step process involving an ozonolysis reaction, or through a pallado- catalyzed decarbonylation. This methodology was successfully applied for the gram-scale synthesis of several steroids containing three carbon 13 atoms. As a general remark, this work provides an effective solution to this issue in relation to the existing syntheses found in scientific literature

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Danhiez, François-Pierre. "Relations entre les propriétés optiques de la matière organique dissoute colorée et le carbone organique dissous dans des eaux côtières aux caractéristiques contrastées." Thesis, Littoral, 2015. http://www.theses.fr/2015DUNK0395/document.

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A l'heure actuelle le rôle des zones côtières dans le cycle global du carbone est encore relativement mal documenté. Ceci est lié à la forte hétérogénéité et au fort dynamisme de ces zones au sein desquelles de nombreux processus physiques et biologiques interagissent sur les stocks et les flux de carbone. Le carbone organique dissous (DOC) est un élément essentiel à la compréhension du cycle du carbone océanique, notamment dans les zones côtières où il peut représenter jusqu'à 90% du carbone organique total. Compte tenu des nombreuses incertitudes qui résident encore sur la dynamique de cette matière carbonée, l'objectif général de cette thèse visait à améliorer les connaissances sur la distribution du DOC au niveau de ces interfaces "continent/océan" en s'appuyant sur les propriétés optiques de la fraction colorée de ce DOC, la matière organique dissoute (CDOM). Pour cela, des échantillonnages ont été réalisés entre 2010 et 2015 dans trois sites côtiers fortement contrastés (Manche orientale, Guyane Française, Vietnam) et ont permis de : (i) caractériser la dynamique de la CDOM et du DOC et d'identifier une forte hétérogénéité de la relation entre ces deux paramètres au sein de ces sites côtiers aux caractéristiques contrastés, (ii) de proposer une relation novatrice applicable à la télédétection "couleur de l'eau" permettant de dériver les concentrations en DOC à partir des propriétés optiques de la CDOM potentiellement généralisable dans des sites côtiers dominés par les apports terrigènes. Dans un second temps, des études en milieu contrôle (45 jours) couplées à un suivi de terrain (2012-2014) ont été effectuées afin de caractériser spécifiquement la cinétique et l'impact d'une production biologique de matière organique dissoute sur les relations entre CDOM et DOC. Elles ont permis d'identifier un marquage optique (i.e. S320-412) de cette production autochtone de MOD lors de l'efflorescence printanière de Phaeocystis.globosa caractéristique des eaux côtières de la Manche et de proposer une approche pour estimer les contenus en DOC depuis les propriétés optiques du CDOM dans de telles situations de production marine de matière organique dissoute The coastal ocean represents an important component of the global carbon cycle however its participation to the overall carbon flux is currently not well constrained. Information on DOC stock and its variability in the coastel ocean is however still very scarce and its represents a strong limitation to our current understanding of the exact role of these ecosystems in the oceanic carbon cycle. In this context, the general aims of this study was to get more insights on dissolved organic carbon dynamics in the coastal ocean through the optical properties of dissolved organic matter (CDOM) that present the advantage to be easily measured from in situ or satellite observations. In practice, in situ data gathered during several sampling cruises conducted in three constrasted continental margins (Eastern Channel, French Guiana, Vietnam) have allowed : (i) the characterization of the strong regional discrepancies in the CDOM-DOC relationships between the three coastal sites investigated, (ii) the possible use of a generalized parameterization to retrieve DOC concentrations from CDOM optical properties (estimated in situ or from ocean color remote sensing)over a large range of coastal sites dominated by terrestrial imput of DOM. A further objective of this work was to investigate the impact on DOM dynamics of the phytoplankton bloom event of Phaeocystis.globosa known to affect the coastal waters of the eastern English Channel during the spring period. In practice, this DOM production was investigated during a 45 days mesocom experiment coupled to field survey data (2012-1014) leading to the identification of an optical marker of this marine CDOM production (i.e. S320-412). We further demonstrated that this optical parameter provides useful information to enhance our ability to retrieve DIC 1 from CDOM optical properties in a context of an algal bloom event

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Racapé, Virginie. "Étude de la distribution du δ13CDIC dans l’océan et évaluation de la composante anthropique du CO2". Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066791.

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La composition en isotopes stables du carbone inorganique dissous (δ13CDIC) dans l’océan est un traceur semi-conservatif utile pour étudier le cycle du carbone, sa composante anthropique ou encore la paléo-circulation. La distribution moyenne annuelle de ce traceur est relativement bien documentée depuis la surface jusqu’au fond, mais sa variabilité temporelle nécessite d’être complétée. Basée sur de nouvelles observations acquises dès la fin des années 90 et jusqu’en 2012, cette étude décrit et interprète la variabilité saisonnière, interannuelle à décennale du δ13CDIC dans trois régions océaniques: le gyre subpolaire Nord-Atlantique (NASPG), le golfe de Guinée et les secteurs Sud-Ouest et Austral de l’océan Indien. Dans les eaux de surface de ces régions, l’amplitude saisonnière du δ13CDIC varie de 0‰ à 1‰ et reflète le bilan local entre l’activité biologique et la dynamique océanique. Négligeables sur un court terme, les échanges air-mer de CO2 incluent une contribution anthropique importante qui modifie le δ13CDIC à plus long terme, mais qui peut être masquée (océan Indien) ou amplifiée (NASPG) par la variabilité naturelle. Pour les études globales du carbone, la diminution du δ13CDIC liée à la pénétration du carbone anthropique (Cant) dans les eaux de surface, connue sous le terme d’effet Suess océanique, apporte une contrainte supplémentaire pour mieux séparer cette variabilité naturelle du signal anthropique. Basés sur un modèle de régression linéaire multiple étendue (eMLR), l’effet Suess océanique et l’accumulation du carbone anthropique ont été conjointement évalués dans deux des régions clés pour le stockage du Cant : le NASPG et le Sud-Ouest de l’océan Indien. Dans le NASPG, les résultats révèlent un changement anthropique de -0. 013‰ (µmol kg-1)-1 qui confirme le faible renouvellement des eaux denses de la Mer du Labrador depuis le début des années 90. Dans l’océan Indien, ce changement anthropique, de l’ordre de -0. 021‰ (µmol kg-1)-1 met en évidence la stabilité du temps de résidence des eaux de surface de la région. Ces résultats ont été comparés au modèle NEMO-PISCES de l’IPSL. Bien que le cycle saisonnier du δ13CDIC soit largement sous-estimé par le modèle dans certaines régions océaniques (2 à 3 fois), l’évaluation du signal anthropique est comparable aux résultats obtenus dans cette étude The isotopic composition of dissolved inorganic carbon (δ13CDIC) in the ocean is a useful semi-conservative tracer of the carbon cycle to study the anthropogenic CO2 component and paleo-circulation. The mean annual large scale distribution of this tracer is now relatively well documented in surface and at depth, but the temporal variability still needs to be completed. Based on new observations collected since the end of 90s until 2012, this study describes and interprets the seasonal, interannual to decadal variability of the δ13CDIC in three oceanic regions: the North-Atlantic subpolar gyre (NASPG), the gulf of Guinea and the Southwestern and Southern Indian Ocean. In the surface waters of these regions, the δ13CDIC seasonal amplitude varies from 0‰ to 1‰ and depends on the local balance between the biological activity and the ocean dynamics. Negligible in the short-term, the air-sea CO2 exchange includes a large anthropogenic contribution that changes the δ13CDIC in the long term, but could be masked (Indian ocean) or increased (NASPG) by the natural variability. For the global carbon budget, the decrease in δ13CDIC due to the anthropogenic carbon (Cant) uptake in the surface ocean, the so-called oceanic 13C Suess effect, provides additional information to better discriminate the natural variability from the anthropogenic signal. Based on the extended multi-linear regression (eMLR), the oceanic 13C Suess effect and the anthropogenic DIC changes have been estimated together in key regions for the Cant storage: the NASPG and the Southwestern Indian Ocean. These results revealed an anthropogenic change around -0. 013‰ (µmol kg-1)-1 in NASPG, which attests to the low renewal of the Labrador sea-water since the beginning of 90s. In the Indian Ocean, the anthropogenic carbon change, around -0. 021‰ (µmol kg-1)-1, highlights a steady residence time of surface waters. These results are compared to NEMO-PISCES model of IPSL. The δ13CDIC seasonal cycle is under-estimated 2 or 3 times by the model but the anthropogenic signal evaluation is comparable to the direct estimations obtained by this study

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Suchéras-Marx, Baptiste. "Émergence de la production carbonatée pélagique au Jurassique moyen (180-160 Ma) : la conquête des océans par les coccolithophoridés du genre Watznaueria." Thesis, Lyon 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LYO10024.

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Abstract:

Les coccolithophoridés sont des algues marines photosynthétiques et planctoniques qui produisent des plaques micrométriques de carbonate de calcium (CaCO3) appelés coccolithes. Ces algues sont apparues il y 210 Ma et produisent actuellement la majeure partie du CaCO3 dans les océans modernes, jouant ainsi un rôle majeur dans le cycle du carbone. Cependant, l’émergence de la production de CaCO3 océanique par les coccolithophoridés au cours du Jurassique, ainsi que son impact sur le cycle du carbone, restent très mal compris. Cette étude s’est donc focalisée sur une période du Jurassique Moyen (Bajocien inférieur, -170 Ma) enregistrant la diversification de Watznaueria, un genre de coccolithophoridé qui a ensuite dominé la production de CaCO3 océanique pendant plus de 80 Ma. L’analyse des assemblages de coccolithes du Jurassique Moyen du Portugal et du sud de la France, réalisée à l’aide d’une méthode de reconnaissance automatique appliquée pour la première fois aux coccolithes du Jurassique, a permis de quantifier l’importance de cette période de diversification sur la production de CaCO3 pélagique. En outre, la durée de cet intervalle clé a été réévaluée grâce à l’analyse cyclostratigraphique des séries sédimentaires du Sud de la France. Les variations de production de CaCO3 pélagique ainsi reconstituées ont été comparées aux perturbations du cycle du carbone enregistrées par les rapports des isotopes du carbone, et indiquent un lien probable avec une augmentation marquée de la fertilité des océans. Par ailleurs, l’analyse paléontologique montre que cette diversification correspond à l’apparition successive de différentes espèces vraisemblablement opportunistes du genre Watznaueria. Enfin, les flux obtenus de CaCO3 pélagiques, largement inférieurs à ceux observés dans les océans actuels, semblent insuffisants pour avoir eu une influence significative sur le cycle global du carbone du Jurassique Moyen Coccolithophorids are photosynthetic and planktonic marine algae that produce micrometric calcium carbonate (CaCO3) platelets called coccoliths. These algae appeared about 210 Ma ago and produce today most of the CaCO3 in the modern oceans, hence playing a major role in the carbon cycle. Nevertheless, the onset of oceanic CaCO3 production by these organisms during the Jurassic and its impact on carbon cycling remain poorly understood. This study therefore focused on the Middle Jurassic interval (Early Bajocian, -170 Ma) which records the diversification of Watznaueria, an evolutionary important coccolith genus that subsequently dominated oceanic CaCO3 production for more than 80 Myr. The analysis of coccolith assemblages from the Middle Jurassic of southern France and Portugal, based on an automaticcoccolith recognition device used for the first time on Jurassic coccoliths, allowed quantifying the impact of this diversification on CaCO3 production. In addition, the duration of this key interval has been revaluated by the cyclostratigraphic analysis of sedimentary strata from southern France. The reconstructed changes in CaCO3 production were compared to carbon cycle perturbations recorded by carbon isotope ratios and indicate a probable link with a marked increase of ocean fertility. Besides, paleontological analyses show that this diversification episode correspond to the successive appearance of different, probably opportunistic Watznaueria species. The obtained fluxes of pelagic CaCO3 production, by far lower than those recorded in modern oceans, seems too low to have significantly impacted theMiddle Jurassic carbon cycle

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Qiu, Chunjing. "Modélisation de la dynamique du carbone et des surfaces dans les tourbières du nord." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLV022.

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Abstract:

Les tourbières boréales jouent un rôle important dans le cycle global du carbone en tant que puits de CO2 à long terme et en tant que l’une des plus grandes sources de méthane naturel (CH4). Ces importants réservoirs de carbone seront exposés à l’avenir au réchauffement et aux conditions plus humides caractérisant le changement climatique dans les hautes latitudes et, en raison de la grande quantité de carbone stockée dans les tourbières boréales, comprendre leurs dynamiques est important. Dans cette thèse, j'ai intégré une représentation du cycle de l'eau et du carbone dans les tourbières dans le modèle de surface terrestre ORCHIDEE-MICT (LSM), dans le but d'améliorer la compréhension du C des tourbes et de sa dynamique depuis l'Holocène, afin d'explorer les effets du changement climatique.Tout d'abord (chapitre 2), J'ai implémenté les tourbières en tant qu'unité hydrologique de sol (HSU) sous-réseau indépendante qui reçoit les eaux de ruissellement provenant des HSU non tourbeuses environnantes dans chaque cellule du réseau et ne possède pas de drainage, conformément la representation propose par Largeron et al. (2018). Pour modéliser les flux d’eau verticaux des sols tourbeux et non tourbeux, j’ai représenté les paramètres hydrologiques spécifiques à la tourbe pour l’HSU des tourbières, tandis que dans d’autres HSU, les paramètres hydrologiques sont déterminés par la texture dominante du sol de la cellule de la grille. j'ai choisi un modèle diplotelmique pour simuler la décomposition et l'accumulation de tourbe de C. Ce modèle à deux couches comprend une couche supérieure (acrotelm) inondée de manière variable et une couche inférieure (catotelm) inondée en permanence. Ce modèle a montré de bonnes performances dans la simulation de l'hydrologie des tourbières, du C et des flux d'énergie dans 30 tourbières boréales sur des échelles de temps quotidiennes à annuelles. Mais la simplification excessive de la dynamique du carbone pourrait limiter sa capacité à prévoir la réponse des tourbières boréales aux futurs changements climatiques.Deuxièmement (chapitre 3), j'ai remplacé le modèle carbone de tourbe diplotelmique par un modèle multicouche afin de prendre en compte les hétérogénéités verticales de la température et de l'humidité le long du profil de la tourbe. J'ai ensuite adapté TOPMODEL et les critères d'établissement des tourbières de Stocker et al. (2014) pour simuler la dynamique de la zone des tourbières dans une unité de la grille. Ici, la zone inondée donnée par TOPMODEL est traversée avec des conditions de croissance de tourbe appropriées pour définir la zone occupée par une HSU de tourbe. Ce modèle a été testé sur plusieurs sites de tourbières du nord et pour des simulations en 2D sur l'hémisphère nord (> 30 ° N). La superficie totale simulée de tourbières et le stock de carbone en 2010 est de 3,9 million de km2 et 463 PgC, conformément aux observations (3,4 à 4,0 million de km2 et 270 à 540 PgC).Enfin (chapitre 4), avec le modèle multicouche, j’ai réalisé des simulations factorielles à l’aide de données climatiques passées et futures issus des scenarios de trajectoire de concentration représentative (RCP) à partir de deux modèles de circulation générale (GCM) afin d’explorer les réactions des tourbières boréales au changement climatique. Les impacts des tourbières sur le futur bilan en carbone de l'hémisphère nord ont été examinés, notamment la réaction directe du bilan en carbone de la tourbière existante (simulée) et les effets indirects des tourbières sur le bilan de carbone terrestre lorsque les tourbières se modifient à l'avenir.Les travaux futurs se concentreront sur l’inclusion des influences du changement d’affectation des sols et des incendies sur les tourbières dans le modèle, étant donné que des pertes importantes de C pourraient survenir en raison de ces perturbations. Pour avoir une image complète du bilan C des tourbières, il faut prendre en compte les pertes de CH4 et de C organique dissous (DOC) Northern peatlands play an important role in the global carbon (C) cycle as a long-term CO2 sink and the one of the largest natural methane (CH4) sources. Meanwhile, these substantial carbon stores will be exposed in the future to large warming and wetter conditions that characterize climate change in the high latitudes and, because of the large amount of C stored in northern peatlands, their fate is of concern. In this thesis, I integrated a representation of peatlands water and carbon cycling into the ORCHIDEE-MICT land surface model (LSM), with the aim to improve the understanding of peatland C and area dynamics since the Holocene, to explore effects of projected climate change to northern peatlands, and to quantify the role of northern peatlands in the global C cycle.Firstly (Chapter 2), I implemented peatland as an independent sub-grid hydrological soil unit (HSU) which receives runoff from surrounding non-peatland HSUs in each grid cell and has no bottom drainage, following the concept of Largeron et al. (2018). To model vertical water fluxes of peatland and non-peatland soils, I represented peat-specific hydrological parameters for the peatland HSU while in other HSUs the hydrological parameters are determined by the dominant soil texture of the grid cell. I chose a diplotelmic model to simulate peat C decomposition and accumulation. This two-layered model includes an upper layer (acrotelm) that is variably inundated and a lower layer (catotelm) that is permanently inundated. This model showed good performance in simulating peatland hydrology, C and energy fluxes at 30 northern peatland sites on daily to annual time scales. But the over simplification of the C dynamics may limit its capacity to predict northern peatland response to future climate change.Secondly (Chapter 3), I replaced the diplotelmic peat carbon model with a multi-layered model to account for vertical heterogeneities in temperature and moisture along the peat profile. I then adapted the cost-efficient version of TOPMODEL and peatland establishment criteria from Stocker et al. (2014) to simulate the dynamics of peatland area within a grid cell. Here the flooded area given by TOPMODEL is crossed with suitable peat growing conditions to set the area that is occupied by a peat HSU. This model was tested across a range of northern peatland sites and for gridded simulations over the Northern Hemisphere (>30 °N). Simulated total northern peatlands area and C stock by 2010 is 3.9 million km2 and 463 PgC, fall well within observation-based reported range of northern peatlands area (3.4 – 4.0 million km2) and C stock (270 – 540 PgC).Lastly (Chapter 4), with the multi-layered model, I conducted factorial simulations using representative concentration pathway (RCP)-driven bias-corrected past and future climate data from two general circulation models (GCMs) to explore responses of northern peatlands to climate change. The impacts of peatlands on future C balance of the Northern Hemisphere were discussed, including the direct response of the C balance of the (simulated) extant peatland area, and indirect effects of peatlands on the terrestrial C balance when peatlands area change in the future.Future work will focus on including influences of land use change and fires on peatland into the model, given that substantial losses of C could occur due to these disturbances. To have a complete picture of peatland C balance, CH4 and dissolved organic C (DOC) losses must be considered

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

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Abstract:

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

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

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Abstract:

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

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Zhang, Yuan. "Impacts of anthropogenic aerosols on the terrestrial carbon cycle." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2020SORUS123.pdf.

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Abstract:

Il est reconnu que les aérosols atmosphériques d’origine anthropique ont eu un impact significatif sur le système climatique au cours des dernières décennies via leurs interactions avec le rayonnement et les nuages. Outre ces processus physiques bien connus mais mal compris, des études récentes ont fait état de fortes influences des aérosols sur le cycle du carbone, en particulier sur sa composante terrestre. Les changements du cycle du carbone vont alors modifier le climat par le biais de la rétroaction climat-carbone. On ne sait toujours pas bien dans quelle mesure les aérosols anthropiques perturbent le cycle du carbone terrestre. Cette thèse vise à quantifier et à attribuer les impacts des aérosols anthropiques sur le cycle terrestre en utilisant une approche de modélisation. Au chapitre 2, un ensemble de simulations « hors ligne » utilisant le modèle de surfaces continentales ORCHIDEE forcé par les champs climatiques de différents modèles climatiques de la génération CMIP5 ont été réalisées pour étudier les impacts des aérosols anthropiques sur le cycle du carbone terrestre au travers de leurs impacts sur le climat. Les résultats indiquent une augmentation du puits de carbone terrestre de 11,6 à 41,8 PgC cumulé entre 1850 et 2005 en raison des aérosols anthropiques. L'augmentation de la production nette du biome (net biome production, NBP) se situe principalement dans les tropiques et les latitudes moyennes de l’hémisphère nord. Le refroidissement induit par les aérosols est le principal facteur à l'origine de cette évolution de la NBP. Aux hautes latitudes, le refroidissement induit par les aérosols a provoqué une diminution plus forte de la production primaire brute (gross primary production, GPP) que de la respiration totale de l'écosystème (total ecosystem respiration, TER), ce qui a entraîné une baisse de la NBP. Aux latitudes moyennes, la diminution de la TER due au refroidissement est plus forte que celle de la GPP, ce qui entraîne une augmentation nette de la NBP. Aux basses latitudes, la NBP a également augmenté en raison de l'augmentation de la GPP due au refroidissement, mais la diminution des précipitations régionales en réponse aux émissions d'aérosols anthropiques peut annuler l'effet de la température. Comme les modèles de climat sont actuellement en désaccord sur la manière dont les émissions d'aérosols affectent les précipitations tropicales, la modification des précipitations en réponse aux aérosols devient la principale source d'incertitude dans les changements de flux de C causés par les aérosols. Les résultats suggèrent qu'une meilleure compréhension et simulation de la manière dont les aérosols anthropiques affectent les précipitations dans les modèles de climat est nécessaire pour une attribution plus précise des effets des aérosols sur le cycle du carbone terrestre. Le chapitre 3 présente le développement et l'évaluation d'une nouvelle version du modèle ORCHIDEE appelé ORCHIDEE_DF. Par rapport à la version standard d’ORCHIDEE, ORCHIDEE_DF comprend un nouveau module de partitionnement de la lumière pour séparer le rayonnement solaire descendant en ses composantes directe et diffuse, ainsi qu'un nouveau module de transfert radiatif pour simuler la transmission du rayonnement diffus et direct dans la canopée, et différentier l'absorption de la lumière parles feuilles éclairées et ombragées. Le nouveau modèle ORCHIDEE_DF a été évalué à l'aide d'observations de flux par la méthode « eddy covariance » provenant de 159 sites de mesures sur le globe Anthropogenic atmospheric aerosols have been recognized to have significantly affected the climate system through their interactions with radiation and cloud during the last decades. Besides these well-known butpoorly-understood physical processes in the atmosphere, recent studies reported strong influences of aerosols on the carbon cycle, especially its terrestrial component. The changes in carbon cycle will further alter the climate through the climate-carbon feedback. It remains uncertain how much anthropogenic aerosols perturb the land carbon cycle. This thesis aims to quantify and attribute the impacts of anthropogenic aerosols on the terrestrial cycle using a modeling approach. In Chapter 2, a set of offline simulations using the ORCHIDEE land surface model driven by climate fields from different CMIP5 generation climate models were performed to investigate the impacts of anthropogenic aerosols on the land C cycle through their impacts on climate. The results indicate an increased cumulative land C sink of 11.6-41.8 PgC during 1850-2005 due to anthropogenic aerosols. The increase in net biome production (NBP) is mainly found in the tropics and northern mid latitudes. Aerosol-induced cooling is the main factor driving this NBP changes. At high latitudes, aerosol-induced cooling caused a stronger decrease in gross primary production (GPP) than in total ecosystem respiration (TER), leading to lower NBP. At mid latitudes, cooling‐induced decrease in TER is stronger than for GPP, resulting in a net NBP increase. At low latitudes, NBP was also enhanced due to the cooling‐induced GPP increase, but regional precipitation decline in response to anthropogenic aerosol emissions may negate the effect of temperature. As climate models currently disagree on how aerosol emissions affect tropical precipitation, the precipitation change in response to aerosols becomes the main source of uncertainty in aerosol-caused C flux changes. The results suggest that better understanding and simulation of how anthropogenic aerosols affect precipitation in climate models is required for a more accurate attribution of aerosol effects on the terrestrial carbon cycle

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Amiotte, Suchet Philippe. "Cycle du carbone, érosion chimique des continents et transferts vers les océans /." Strasbourg : Université Louis Pasteur, Institut de géologie : Centre de Géochimie de la surface, CNRS, 1995. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb35839549z.

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Garnier, Matthieu. "Allocation du carbone et métabolisme azoté chez l’haptophyte Tisochrysis lutea." Nantes, 2016. https://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show/show?id=014f2bc2-0d6e-41d6-af47-3bbc37ce8987.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est d’identifier les mécanismes moléculaires impliqués dans la réponse à la limitation azotée et dans l’accumulation des lipides chez la microalgue haptophyte Tisochrysis lutea. La souche sauvage et une souche mutante hyper-lipidique ont été cultivées dans différentes conditions de nutrition azotée, et analysées par des approches de génomique fonctionnelle. Quatre transporteurs d’azote à haute affinité (Nrt2) ont été identifiés et caractérisés pour comprendre les mécanismes impliqués dans l’absorption minérale chez cette espèce. Les transcriptomes des deux souches ont été séquencés et les protéines affectées par la carence azotée et différentiellement exprimées entre les deux souches ont été identifiées. Les résultats permettent d’identifier des fonctions régulées lors de la carence azotée et potentiellement impliquées dans l’accumulation des lipides de réserve. La réponse de chacune des deux souches à des fluctuations fines de limitation azotée a été étudiée. Les résultats d’analyses protéomiques haut débit suggèrent que la suraccumulation lipidique dans la souche mutante est la conséquence d’un métabolisme du carbone globalement impacté, ceci sous l’impulsion de mécanismes de signalisation encore mal définis. Deux protéines ont été étudiées plus spécifiquement car vraisemblablement impliquées dans la remobilisation du carbone et de l’azote issus des acides aminés lors de la limitation azotée. L’ensemble de ce travail permet d’abonder les connaissances sur les haptophytes et de formuler des hypothèses sur les clés métaboliques impliquées dans la limitation azotée et l’allocation du carbone chez les microalgues The aim of this thesis is to improve knowledge on mechanisms involved in the response to nitrogen limitation and in lipid accumulation in the microalgae haptophyte Tisochrysis lutea. The wild type strain and a lipid accumulating mutant strain were grown under different nitrogen limitation and starvation and analyzed by functional genomics. Four genes of high-affinity nitrate/nitrite transporter (Nrt2) were identified and characterized to reveal the mechanisms involved in mineral absorption in this species. Transcriptomes of both strains were sequenced and proteins affected by nitrogen starvation and differentially expressed between the two strains were identified. We so identified the functions regulated by nitrogen deficiency and potentially involved in the accumulation of storage lipids. The responses of both strains to thin variations of nitrogen limitation were studied. The results of high-throughput proteomic analyzes suggest that the lipid-accumulation in the mutant strain is the result of carbon metabolism impacted overall, this spurred on signaling mechanisms. Two proteins have been studied since probably involved in carbon and nitrogen remobilization from amino acids catabolism during nitrogen limitation. This work increases knowledge on haptophytes, and brings assumptions on metabolic key involved in nitrogen limitation and carbon allocation in microalgae

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Friedlingstein, Pierre. "Modélisation du cycle du carbone biosphérique et étude du couplage biosphère-atmosphère." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 1995. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/212604.

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Mihalopoulos, Nikolaos. "Contribution à l'étude du cycle biogéochimique de l'oxysulfure de carbone dans l'atmosphérique." Paris 7, 1989. http://www.theses.fr/1989PA077162.

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Abstract:

L'oxysulfure de carbone a un role tres important dans la chimie de l'atmosphere. Cependant il peut exister un desequilibre entre l'intensite de ses sources et de ses puits. On determine la source oceanique du sulfure de carbone et son nettoyage atmospherique par les pluies et la vegetation

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Amiotte, Suchet Philippe. "Cycle du carbone, erosion chimique des continents et transferts vers les oceans." Strasbourg 1, 1994. http://www.theses.fr/1994STR13061.

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Abstract:

L'alteration chimique des roches est essentiellement le fait de l'attaque des mineraux par l'acide carbonique issu du co#2 atmospherique, via la photosynthese puis la degradation de la matiere organique dans les sols. Ce co#2 dissous, implique dans les reactions d'alteration, est ensuite transporte en solution, principalement sous forme d'ions bicarbonates, par les fleuves vers les oceans. Pour estimer la quantite de co#2 consomme par erosion chimique des roches sur les continents, deux modeles sont developpes dans ce travail. Le premier est un modele geochimique de decomposition des flux d'elements majeurs exportes en solution par les fleuves (modele mega, major element geochemical approach). Le second (gem-co#2 global erosion model) est base sur un ensemble de relations empiriques entre le flux de co#2 consomme et le drainage pour les principaux types de roche affleurant a la surface des continents. Ce modele permet de simuler l'intensite et la distribution spatiale des flux de co#2 consommes sur l'ensemble des continents. Le bilan de la consommation de co#2 a l'echelle globale a ete etabli en utilisant ces deux approches. Les estimations varient ainsi de 19,6 10#1#2 moles/an a 24,5 10#1#2 moles/an. Le modele gem-co#2 montre que 72% de cette consommation de co#2 se fait dans l'hemisphere nord, durant les mois de juin a septembre et decembre a mars. Les bilans des flux moyens mensuels et annuels de co#2 consommes par l'alteration de chaque continent et exportes vers chaque ocean sont etablis a l'aide de gem-co#2. Les variations saisonnieres et interannuelles de la consommation de co#2 sont etudiees sur les bassins de la garonne, de l'oubangui et du congo. Enfin, on etudie l'influence des precipitations acides sur la consommation de co#2. Localement, celles-ci peuvent provoquer une diminution de plus de 50% de la consommation de co#2. Par contre, a l'echelle globale, cette diminution reste faible

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Cadule, Patricia. "Modélisation des interactions entre le système climatique et le cycle du carbone." Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066142.

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Abstract:

L'objectif principal de cette thèse est d'étudier l’évolution des échanges de carbone entre l’atmosphère, la biosphère terrestre et l’océan depuis la période pré-industrielle. Nous avons pour cela développé le modèle climat-carbone IPSLCM4-LOOP qui repose sur le couplage entre le Modèle de Circulation Générale Océan-Atmopshère de l’IPSL et les modèles de cycle du carbone, ORCHIDEE pour la biosphère terrestre et PISCES pour la biogéochimie marine. IPSL-CM4-LOOP a permis d’étudier la sensibilité des échanges de carbone entre l’atmosphère, la biosphère terrestre et l’océan, à différents forçages radiatifs et différentes vitesses de perturbation du système. Les études menées au cours de cette thèse ont permis mieux comprendre les interactions entre le système climatique perturbé par l’homme et le cycle du carbone. Nous avons montré que le cycle du carbone répond de façon non uniforme dans le temps et dans l’espace à la perturbation climatique, indiquant que les scénarios futurs de mitigation doivent impérativement prendre en compte les rétroactions complexes entre le système climatique et les cycles biogéochimiques.

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Maisongrande, Philippe. "Modélisation du cycle du carbone dans la biosphère terrestre : intégration de données satellitaires." Toulouse, INPT, 1996. http://www.theses.fr/1996INPT131H.

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Abstract:

Le travail presente s'inscrit dans le cadre du projet europeen escoba (european study of carbon in the ocean, biosphere and atmosphere) dont le but est de comprendre et modeliser le cycle global du carbone et ses perturbations par les activites humaines et le climat. Au sein de la composante biosphere terrestre de ce projet, l'etude que nous presentons a pour objectif la mise au point d'une modelisation diagnostique des flux de co#2 a l'interface biosphere terrestre/atmosphere. La biosphere terrestre influence le cycle global du carbone par le biais de la pne (productivite nette des ecosystemes) qui resulte du bilan entre la productivite primaire nette (ppn) des vegetaux et les flux de respiration heterotrophe (rh) issus du sol. Dans un premier temps, plusieurs annees d'indices de vegetations globaux (gvi) satellitaires sont integrees dans une modelisations de la ppn basee sur l'approche parametrique de kumar et monteith (1981). Cette etude pluriannelle met en evidence la sensibilite du modele aux evenements climatiques de type el nino. Un effort particulier a ete porte sur la qualite du signal satellitaire, a laquelle les estimations sont tres sensibles. En effet, une erreur de 1% sur l'indice de vegetation entraine une variation d'environ 1. 5% de la ppn estimee, soit 10#1#5g carbone/an. Pour l'annee 1990, nous avons calcule la pne en couplant une rh fonction exponentielle de la temperature (modele en q#1#0, heimann et al. 1989) au modele de ppn. Si les flux nets obtenus sont qualitativement coherents au signal co2 atmospherique mesure, le transport atmospherique revele le manque de precision du bilan global estime. Dans une approche inverse, un ajustement zonal des parametres de la rh est alors applique de facon a reproduire la pne evaluee par un modele de transport atmospherique bi-dimensionnel inverse. Ces flux utilises comme reference deconvoluent les composantes terrestres et oceaniques du signal (ciais et al. , 1995) a partir de la composition isotopique de l'atmosphere. Les resultats de cette inversion font etat de parametres d'ajustement compatibles avec des valeurs communement admises. Cependant, differentes parametrisations de la rh pour un meme bilan carbone induisent un doute quant a la capacite du transport atmospherique seul a apporter des contraintes suffisantes pour valider simultanement les modeles de ppn et de rh. En effet, cet outils indispensable ne dispense probablement pas d'une confrontation des modeles aux mesures de terrain, ni d'une amelioration du formalisme de la rh.

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Zhu, Dan. "Modeling terrestrial carbon cycle during the Last Glacial Maximum." Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV077.

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Abstract:

Pendant les transitions glaciaire-interglaciaires,on observe une augmentation en partie abrupte de près de 100 ppm du CO2 atmosphérique, indiquant une redistribution majeure entre les réservoirs de carbone des continents, de l'océan et de l'atmosphère. Expliquer les flux de carbone associés à ces transitions est un défi scientifique, qui nécessite une meilleure compréhension du stock de carbone ‘initial’ dans la biosphère terrestre au cours de la période glaciaire. L’objectif de cette thèse est d’améliorer la compréhension du fonctionnement des écosystèmes terrestres et des stocks de carbone au cours du dernier maximum glaciaire (LGM, il y a environ 21.000 ans), à travers plusieurs nouveaux développements dans le modèle global de végétation ORCHIDEE-MICT, pour améliorer la représentation de la dynamique de la végétation, la dynamique du carbone dans le sol du pergélisol et les interactions entre les grands herbivores et la végétation dans le modèle de la surface terrestre. Pour la première partie, la représentation de la dynamique de la végétation dans ORCHIDEEMICT pour les régions des moyennes et hautes latitudes, a été calibrée et évaluée avec un ensemble de données spatiales de classes de végétation, production primaire brute, et de biomasse forestière pour la période actuelle. Des améliorations sont obtenues avec la nouvelle version du modèle dans la distribution des groupes fonctionnels de végétation. Ce modèle a ensuite été appliqué pour simuler la distribution de la végétation au cours de laLGM, montrant un accord général avec les reconstructions ponctuelles basées sur des données de pollen et de macro-fossiles de plantes. Une partie du pergélisol (sols gelés en permanence) contient des sédiments épais, riches en glace et en matières organiques appelés Yedoma, qui contiennent de grandes quantités de carbone organique, et sont des reliques des stocks de carbone du Pléistocène. Ces sédiments ont été accumulés sous des climats glaciaires. Afin de simuler l'accumulation du carbone dans les dépôts de Yedoma, j’ai proposé une nouvelle paramétrisation de la sédimentation verticale dans le module de carbone dans le sol de ORCHIDEE-MICT. L'inclusion de ce processus a permis de reproduire la distribution verticale de carbone observée sur des sites de Yedoma. Une première estimation du stock de carbone dans le pergélisol au cours du LGM est obtenue, de l’ordre de ~ 1550 PgC, dont 390 ~446 PgC sous forme de Yedoma encore intacts aujourd’hui (1,3 millions de km2). Potentiellement, une plus grande surface de Yedoma pourrait être présente pendant leLGM, qui a disparue lors de la déglaciation.Pour la troisième partie, à la lumière des impacts écologiques des grands animaux, et le rôle potentiel des méga-herbivores comme une force qui a maintenu les écosystèmes steppiques pendant les périodes glaciaires, j'ai incorporé un modèle de d’herbivores dans ORCHIDEE-MICT, basé sur des équations physiologiques pour l'apport énergétique et les dépenses, le taux de natalité, et le taux de mortalité pour les grands herbivores sauvages.Le modèle a montré des résultats raisonnables de biomasse des grands herbivores en comparaison avec des observations disponibles aujourd’hui sur des réserves naturelles. Nous avons simulé un biome de prairies très étendu pendant le LGM avec une densité importante de grands herbivores. Les effets des grands herbivores sur la végétation et le cycle du carbone du LGM ont été discutés, y compris la réduction de la couverture forestière, et la plus grande productivité des prairies. Enfin, j’ai réalisé une estimation préliminaire du stock total de carbone dans le permafrost pendant le LGM, après avoir tenu compte des effets des grands herbivores et en faisant une extrapolation de l'étendue spatiale des sédiments de type Yedoma basée sur des analogues climatiques et topographiques qui sont similaires à la région de Yedoma actuelle During the repeated glacialinterglacialtransitions, there has been aconsistent and partly abrupt increase of nearly 100 ppm in atmospheric CO2, indicating majorredistributions among the carbon reservoirs of land, ocean and atmosphere. A comprehensive explanation of the carbon fluxes associated with the transitions is still missing, requiring a better understanding of the potential carbon stock in terrestrial biosphere during the glacial period. In this thesis, I aimed to improve the understanding of terrestrial carbon stocks andcarbon cycle during the Last Glacial Maximum (LGM, about 21,000 years ago), through a series of model developments to improve there presentation of vegetation dynamics, permafrost soil carbon dynamics, and interactions between large herbivores andvegetation in the ORCHIDEE-MICT land surface model. For the first part, I improved the parameterization of vegetation dynamics in ORCHIDEE-MICT for the northern mid- to high-latitude regions, which was evaluated against present-day observation-based datasets of land cover, gross primary production, and forest biomass. Significant improvements were shown for the new model version in the distribution of plant functional types (PFTs),including a more realistic simulation of the northern tree limit and of the distribution of evergreen and deciduous conifers in the borealzone. The revised model was then applied t osimulate vegetation distribution during the LGM, showing a general agreement with the point-scale reconstructions based on pollen and plant macrofossil data. Among permafrost (perennially frozen) soils, the thick, ice-rich and organic-rich silty sediments called yedoma deposits hold large quantities of organic carbon, which are remnants of late-Pleistocene carbon accumulated under glacial climates. In order to simulate the buildup of the thick frozen carbonin yedoma deposits, I implemented a sedimentation parameterization in the soilcarbon module of ORCHIDEE-MICT. The inclusion of sedimentation allowed the model to reproduce the vertical distribution of carbon observed at the yedoma sites, leading to several-fold increase in total carbon. Simulated permafrost soil carbon stock during the LGMwas ~1550 PgC, among which 390~446 PgC within today’s known yedoma region (1.3million km2). This result was still an underestimation since the potentially larger area of yedoma during the LGM than today was not yet taken into account. For the third part, in light of the growing evidence on the ecological impacts of large animals, and the potential role of mega herbivores as a driving force that maintained the steppe ecosystems during the glacial periods, I incorporated a dynamic grazing model in ORCHIDEE-MICT, based on physiological equations for energy intake and expenditure, reproduction rate, and mortality rate for wild large grazers. The model showed reasonable results of today’s grazer biomass compared to empirical data in protected areas,and was able to produce an extensive biome with a dominant vegetation of grass and a substantial distribution of large grazers duringthe LGM. The effects of large grazers on vegetation and carbon cycle were discussed, including reducing tree cover, enhancing grassland productivity, and increasing the turnover rate of vegetation living biomass. Lastly, I presented a preliminary estimation ofpotential LGM permafrost carbon stock, after accounting for the effects of large grazers, as well as extrapolations for the spatial extent of yedoma-like thick sediments based on climaticand topographic features that are similar to the known yedoma region. Since these results were derived under LGM climate and constant sedimentation rate, a more realistic simulation would need to consider transient climate during the last glacial period and sedimentation rate variations in the next step

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Ståhl, Henrik. "Carbon-cycling in deep-sea and contrasting continental margin sediments /." Göteborg : Göteborg university, 2001. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb401108738.

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Para, Julien. "Etude de la Matière Organique Dissoute Chromophorique et du rayonnement solaire (UV-visible) dans les eaux de surfaces côtières méditerranéennes et articques." Thesis, Aix-Marseille 2, 2011. http://www.theses.fr/2011AIX22041/document.

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Abstract:

Afin de comprendre, caractériser et prédire l’évolution des cycles biogéochimiques océaniques face au changement climatique global, il est nécessaire d’appréhender au mieux la dynamique de la matière organique (MO) au niveau des interfaces « terre/océan ». Dans ce contexte, l’objectif général de cette thèse était d’améliorer les connaissances sur la dynamique de la fraction dissoute chromophorique de la MO (CDOM) des eaux de surface côtières méditerranéennes et arctiques, et d’en déterminer l’impact sur l’atténuation du rayonnement UV (UVR) et visible (PAR) sous-marin. Pour cela, l’étude des propriétés optiques d’absorbance et de fluorescence de la CDOM, couplée à des mesures radiométriques atmosphériques et sous-marines, ont été réalisées lors d’un cycle saisonnier en Baie de Marseille (station SOFCOM), et lors d’une mission océanographique en Mer de Beaufort durant l’été 2009. La Baie de Marseille est caractérisée par des quantités de CDOM faibles (aCDOM(350) = 0,10 ± 0,02 m-1), particulièrement à la fin de la période estivale de stratification, à cause de l’intensité de l’éclairement solaire, enrichi en UVR-B, qui dégrade et blanchie cette CDOM (SCDOM = 0,023 ± 0,003 nm-1). Dans cette zone côtière fortement urbanisée, la dynamique de la CDOM est pilotée par des processus biotiques (production biologique in situ et induite par les intrusions épisodiques du panache du Rhône) et abiotiques (photo-blanchiment et brassage). La CDOM est essentiellement d’origine autochtone, même lors d’événements d’intrusion du panache du Rhône (photo-dégradation de la CDOM terrestre durant son transit). Lors des périodes d’efflorescences algales, la CDOM se compose principalement de matériel récent, de type protéique (pic T), qui absorbe préférentiellement les courts UVR. Ces pulses de CDOM récente se superposent à un persistent signal de fond de CDOM composé majoritairement de matériel âgé, de type humique (pics M et C), qui absorbe les UVR et également le PAR. Au niveau du plateau Canadien de la Mer de Beaufort, la CDOM est très abondante (aCDOMmax(350) = 6,36 m-1), fortement influencée par les apports allochtones du Mackenzie (pics A-C et M) et décroit de manière conservatrice avec la salinité. Dans les eaux marines (salinité >25), la CDOM, qui présente de plus faibles concentrations (aCDOM(350) = 0,21 ± 0,13 m-1), provient d’une production biologique in situ récente favorisée par des upwellings ainsi que d’injections de CDOM (pics B-T et M) lors de la formation/fonte de la glace de mer. Etonnamment, la source principale du composé « humique marin » (pic M) n’est pas autochtone. Elle est issue d’apports allochtones provenant du Mackenzie. Celui-ci draine en effet de nombreux lacs qui sont le siège d’une intense activité biologique, et il est proposé dans cette thèse que les macrophytes qui s’y développent seraient à l’origine du pic M. Cette source de CDOM biologique allochtone, couplée aux processus de photo-blanchiment et d’absorption sur les particules de la CDOM terrestre, pourraient expliquer les valeurs élevées de SCDOM (≈ 0,020 nm-1) du Mackenzie en été To understand, characterize, and predict the evolution of oceanic biogeochemical cycles in relation to the global climate change, it is necessary to better understand the dynamics of organic matter (OM). In this context, the overall objective of this thesis was to get more insights chromophoric dissolved fraction of OM (CDOM) dynamics in surface Mediterranean and Arctic coastal waters and to determine the impact on attenuation of ultraviolet (UVR) and visible (PAR) underwater radiation. For this, the study of optical properties of absorbance and fluorescence of CDOM, coupled with atmospheric and underwater radiometric measurements, were made during a seasonal cycle in the Bay of Marseille (SOFCOM station), and in the Beaufort Sea during summer 2009. The Bay of Marseilles is characterized by low amounts of CDOM (aCDOM(350) = 0.10 ± 0.02 m-1), particularly in end summer stratification period due to the intensity of the solar irradiance, enriched in UVR-B, which degrades and bleaches CDOM (SCDOM = 0.023 ± 0.003 nm-1). In this highly urbanized coastal area, the dynamics of CDOM are driven by biotic processes (in situ biological production and within the Rhône River plume) and abiotic (photo-bleaching and mixing). Our results showed that CDOM is mostly of autochthonous origin, even during Rhône plume intrusion events (photo-degradation of terrestrial CDOM during the transit). During bloom periods, the CDOM consists mainly of a recent type protein (peak T), which preferentially absorbs in the short UVR. These pulses of recent CDOM are superimposed on a persistent background of CDOM mainly composed of aged material, humic-type (peaks M and C), which absorbs UVR and PAR. Over the Canadian shelf of the Beaufort Sea, CDOM is highly abundant (aCDOMmax (350) = 6.36 m-1) and strongly influenced by allochthonous inputs from the Mackenzie (peaks A-C and M) decreasing conservatively with salinity. In marine waters (salinity> 25), CDOM had lower concentrations (aCDOM(350) = 0.21 ± 0.13 m-1) and originated from a recent in situ biological production favored by upwelling and brine injections (peaks B-T and M). Surprisingly, the main source of the marine humic-like component (peak M) was not autochthonous. This material originates from allochthonous inputs from the Mackenzie River, which traverses numerous lakes where intense biological activity occurs. We suggest that this activity is mainly due to the macrophytes development, which may in part explain the origin of the peak M. This source of organic allochthonous CDOM coupled to other processes such as photobleaching and absorption on the particles of terrestrial CDOM, could explain the high values of SCDOM (≈ 0.020 nm-1) recorded in the Mackenzie during summertime

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Riano, Sanchez Jaime Andres. "Evolution of the global productivity of terrestrial ecosystems under constraint linked to nitrogen availability : analysis over the recent historical period and future projections." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPASJ012.

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Abstract:

Les écosystèmes terrestres absorbent actuellement plus d'un quart des émissions de CO₂ d'origine anthropique, grâce à l'effet de fertilisation associé à l'augmentation du CO₂ atmosphérique. La plupart des modèles de systèmes terrestres utilisés dans les récents travaux du GIEC estiment que les écosystèmes terrestres continueront à se comporter comme un puits de carbone de plus ou moins grande ampleur au XXIe siècle, en fonction des trajectoires futures du CO₂ atmosphérique et du climat. Quelle que soit l'évolution de la concentration de CO₂ atmosphérique, il reste essentiel de déterminer si suffisamment de nutriments (en particulier l'azote) seront disponibles pour soutenir pleinement l'augmentation de la production primaire résultant de l'effet de fertilisation d'un CO₂ élevé. La plupart des modèles globaux des écosystèmes terrestres ne tiennent pas compte du cycle de l'azote et des interactions entre les cycles de l'azote et du carbone. La dernière version du modèle ORCHIDEE développé en France intègre ces nouvelles fonctionnalités. En utilisant ce modèle, l'objectif de la thèse sera d'analyser l'évolution de la productivité terrestre sur la période historique récente et de quantifier l'évolution future de la productivité des écosystèmes terrestres sous l'effet combiné de ces changements globaux : climat, concentration en CO₂, et évolution de la production d'azote réactif, selon différents scénarios socio-économiques. L'inclusion du cycle couplé de l'azote et du carbone dans ORCHIDEE nécessite également une meilleure approximation d'un apport clé d'azote résultant de la fixation biologique de l'azote qui est actuellement déterminé par l'évapotranspiration. Ceci a été récemment invalidé par une étude de méta-analyse. Le second objectif de cette thèse consiste donc à implémenter un modèle dynamique basé sur les processus pour reproduire la BNF dans ORCHIDEE afin d'améliorer l'estimation des flux de carbone Terrestrial ecosystems currently absorb more than a quarter of CO₂ emissions of anthropogenic origin, thanks to the fertilization effect associated with the increase in atmospheric CO₂. Most of the terrestrial system models used in recent IPCC work estimate that terrestrial ecosystems will continue to behave like a carbon sink of greater or lesser magnitude in the 21st century, depending on the future trajectories of atmospheric CO₂ and climate. Whatever the evolution of atmospheric CO₂ concentration, it remains critical to determining whether enough nutrients (particularly nitrogen) will be available to fully support the increase in primary production resulting from the fertilization effect of elevated CO₂. Most global models of terrestrial ecosystems do not account for the nitrogen cycle and the interactions between the nitrogen and carbon cycles. The latest version of the ORCHIDEE model developed in France incorporates these new features.Using this model, the objective of the thesis will be to analyze the evolution of terrestrial productivity over the recent historical period and to quantify the future development of the productivity of terrestrial ecosystems under the combined effect of these global changes: climate, CO₂ concentration, and reactive nitrogen production evolution, according to different socio-economic scenarios. Including the coupled nitrogen and carbon cycle in ORCHIDEE also requires a better approximation to one key Nitrogen input resulting from Biological Nitrogen Fixation that is currently determined by evapotranspiration. This has been recently invalidated by a meta analysis study. The second objective of this thesis consists then of implementing a process-based dynamic model for reproducing BNF in ORCHIDEE to improve the estimation of the carbon fluxes

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Plazzotta, Maxime. "Impacts de la gestion du rayonnement solaire sur le système Terre et rôle des boucles de rétroaction liées au cycle du carbone." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2018. http://oatao.univ-toulouse.fr/24034/1/Plazzotta_1.pdf.

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Abstract:

Le rapport spécial du GIEC (SR1.5) publié en octobre 2018 est sans équivoque. Avec un réchauffement global d'environ 1°C en 2017 par rapport au début de l'ère industrielle et une teneur de CO2 dans l'atmosphère de 400 parties par million, l'Homme a d'ores et déjà modifié substantiellement le climat. L'évaluation de scénarios climatiques à bas niveau d'émissions limitant le réchauffement global à venir en deçà de 2°C montre que nous sommes désormais face à un défi scientifique, technique et civilisationnel sans précédent. Le GIEC stipule que chaque année perdue en matière d'atténuation rend un peu plus plausible la perspective d'une véritable "catastrophe" climatique. Dans ce contexte alarmant, les techniques de modification du rayonnement solaire sont de plus en plus étudiées comme une alternative à court terme pouvant limiter les impacts liés à la hausse de la température globale, en attendant la mise en œuvre et/ou la faisabilité de techniques d'atténuation suffisamment efficaces. La modélisation du système Terre reste à ce jour le seul moyen d'étudier dans quelles mesures ces techniques pourraient effectivement s'insérer dans la lutte contre le changement climatique. Le but principal de cette thèse est de quantifier et de réduire les incertitudes quant à la réponse des modèles aux simulations de géo-ingénierie de type modification du rayonnement solaire, en accordant une attention toute particulière aux effets collatéraux sur les cycles de l'eau et du carbone. Dans un premier temps, nous avons exploité les simulations existantes du projet GeoMIP, et avons identifié une relation statistique émergente entre le refroidissement obtenu dans les simulations de modification du rayonnement solaire, et le refroidissement induit par les éruptions volcaniques majeures dans les simulations historiques. Sur la base de plusieurs jeux d'observations, nous avons évalué la réponse des modèles aux éruptions et ainsi contraint la réponse à la modification du rayonnement solaire, réduisant son efficacité potentielle de 20% et l'incertitude associée de 40%. Par la suite, nous nous sommes intéressés à la réponse du cycle du carbone et avons montré que les changements climatiques induits par cette forme de géo-ingénierie tendent à stimuler les puits de carbone continentaux et océaniques. Nous avons cependant pointé l'incertitude qui entoure les processus responsables de cette augmentation, et également la réversibilité du cycle du carbone en cas d'arrêt de la géo-ingénierie. Malgré le renforcement des puits naturels de carbone, ce dernier résultat confirme que cette forme de géo-ingénierie ne peut être considérée comme une technique d'atténuation du fait de la non pérennité du stockage additionnel des émissions anthropiques de carbone dans les réservoirs océanique et terrestre. Enfin, nous nous sommes intéressés à d'autres sources d'incertitudes, liées au choix du protocole expérimental ou du modèle mis en oeuvre. Nous avons en particulier mis en lumière l’influence potentielle de la stratosphère et de son couplage avec la circulation troposphérique sur la réponse régionale des modèles à nos latitudes.

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Kuppel, Sylvain. "Assimilation de mesures de flux turbulents d'eau et de carbone dans un modèle de la biosphère continentale." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2012. http://www.theses.fr/2012VERS0041.

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Abstract:

L’assimilation de données relatives aux écosystèmes continentaux est une approche de plus en plus utilisée pour tenter de concilier les observations expérimentales avec les théories écophysiologiques appliquées dans les modèles mécanistes de la végétation. Dans cette thèse, on souhaite exploiter l’information contenue dans les mesures par corrélation turbulente des flux nets de dioxyde de carbone (NEE) et de chaleur latente (LE) effectuées sur les sites du réseau mondial FLUXNET, afin d’optimiser des paramètres clés du modèle ORCHIDEE et d’affiner le bilan d’incertitude. Une approche statistique bayésienne est adoptée, pour prendre en compte une connaissance a priori des incertitudes relatives aux paramètres, aux équations du modèle et aux mesures. L’axe majeur de travail est le développement d’une méthode d’assimilation simultanée des données de plusieurs sites de mesure de flux, permettant d’optimiser un unique jeu de paramètres se voulant générique pour chaque grand type d’écosystème considéré. Il ressort que cette approche multi-site permet de réduire significativement l’écart entre le modèle et données de flux aux échelles saisonnière et annuelle, avec des performances proches d’optimisations uni-site effectuées indépendamment à l’échelle d’un site de mesure. On discute par ailleurs le fait que les valeurs des paramètres multi-site ne constituent pas toujours une simple moyenne de leurs composantes uni-site. L’utilisation de données complémentaires a par ailleurs permit d’évaluer la capacité de l’optimisation à améliorer la simulation des flux bruts de carbone (photosynthèse et respiration) à l’échelle des sites, ainsi que de la phénologie du couvert végétal et du cycle saisonnier du CO2 atmosphérique à l’échelle du globe. Un aspect de nos développements méthodologiques propose par ailleurs d’estimer la structure statistique de l’erreur dérivant des processus mal représentés et/ou manquant dans les équations d’un modèle de la biosphère continentale tel qu’ORCHIDEE. En appliquant cette technique aux flux nets de carbone, les résultats suggèrent que cette erreur modèle mérite d’être explicitement considérée dans le bilan d’incertitude attaché à la modélisation du cycle du carbone Assimilating terrestrial ecosystem data is an approach increasingly used to fill the gap between experimental observations and the ecophysiological theory as embodied in process-based land surface models. In this thesis, we have sought to use the information content of eddy covariance measurements of net carbon dioxide (NEE) and latent heat (LE) fluxes made at the sites of the FLUXNET global network, aiming at optimizing key parameters of the ORCHIDEE vegetation model and at refining the uncertainty budget. A Bayesian statistical approach has been chosen, so as to account for prior knowledge of the uncertainties related to the model parameters, the model equations, and the measurements. The major line of work has been to develop a data assimilation method where observations from several flux sites are simultaneously used as a constraint, in order to optimize a unique set of parameters considered as generic within a given class of ecosystem. We found that this multi-site approach significantly improves the model-data agreement at seasonal and annual time scales, with performances fairly similar to those brought by site-scaled, independently optimized parameters (single-site approach). We notably discuss the fact that the multi-site parameters’ values are not always a mere average of their single-site counterparts. Making use complementary data, we also evaluated the ability of the multi-site optimizations to improve the simulation of the gross carbon fluxes (photosynthesis and respiration) at the site scale, while at the global scale we considered the modeled phenology of the leaf cover and the seasonal cycle of the atmospheric CO2 concentration. Within our methodological developments, we have also proposed a technique to infer the statistical structure of the error stemming from inadequate and/or missing process representations in a global vegetation model such as ORCHIDEE. Focusing on net carbon fluxes, our results suggest that this « model error » deserves an explicit representation in the uncertainty budget inherent to carbon cycle modeling

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Truong, Van Vinh. "Carbon stocks and fluxes in tropical mangrove (Southern Vietnam)." Thesis, Nouvelle Calédonie, 2018. http://www.theses.fr/2018NCAL0002.

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Les forêts de mangrove contribuent de manière significative au flux d'énergie, au cycle des nutriments et du carbone dans l'océan côtier, étant un puits pour le CO2 atmosphérique. Les forêts de mangroves sont très productives et stockent une quantité élevée de carbone à la fois dans leurs sols et dans leur biomasse.Au cours de la décomposition de la litière, les nutriments et le carbone peuvent être recyclés ou exportés vers les écosystèmes adjacents par l'action des marées. La mangrove de Can Gio (Ho Chi Minh Ville, Vietnam), dégradée par l'épandage de défoliants pendant la guerre du Vietnam, a pu être restaurée grâce à la replantation et à la régénération naturelle. À ce jour, la forêt de mangrove de Can Gio est la plus grande forêt de mangrove contiguë au Vietnam, et est devenue la première réserve biosphère UNESCO dans ce pays. L'objectif principal de cette thèse était de caractériser le cycle du carbone dans la forêt de mangrove tropicale.Les résultats de cette thèse ont permis de:- Développer des équations allométriques permettant d’estimer la biomasse aérienne de la forêt plantée de mangroves de l’espèceRhizophora apiculatadans le sud du Vietnam;- Calculer les stocks de carbone totaux dans différents peuplements de mangrove se développant sous le climat tropical du sud du Vietnam;- Caractériser les taux de décomposition de la litière et évaluer la dynamique des nutriments et des métaux traces au cours des processus de dégradation de la litière, ainsi que l'évolution de δ13C pendant la décomposition;- Déterminer la variabilité saisonnière des flux de CO2 à différentes interfaces: sol-air, eau-air et tronc-air, et caractériser les profils de concentration en CO2 dans la canopée Mangrove forests significantly contribute to energy flow, nutrient and carbon cycling in the coastal ocean, being a sink for atmospheric CO2. Mangroves forests are highly productive and store high amount of carbon both in their soils and in their biomass. During leaf litter decomposition, nutrients and carbon can be recycled or exported to adjacent ecosystems by the tidal action. Can Gio mangrove, degraded by the spraying of defoliants during the Vietnam War, successfully recovered through replantation and natural regeneration after 40 years. To date, the Can Gio mangrove forest is the largest contiguous mangrove forest in Vietnam, and became the first Mangrove Biosphere Reserve in this country. The main objective of this PhD thesis was to characterize carbon cycling within the Can Gio mangrove forest, which is a tropical one.The results of this PhD thesis allowed to: - Develop allometric equations and to estimate the aboveground biomass of Rhizophora apiculata Blume planted mangroves forest in Southern Vietnam; - Calculate the total carbon stocks in different mangrove stands developing under the tropical climate of Southern Vietnam; - Characterize the leaf litter decomposition rates, and assess nutrients and trace metals dynamics during litter decay processes, as well as the evolution of δ13C during decay; - Determine the seasonal variability CO2 fluxes at different interfaces: soil-air, water-air and trunk-air, and to characterize CO2 concentrations profiles in the canopy

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Denis, Marie. "Mécanismes de solubilisation et transfert de matières organiques dissoutes à l'échelle d'un bassin versant agricole : apport de l'étude de la composition moléculaire." Thesis, Rennes 1, 2017. http://www.theses.fr/2017REN1S045/document.

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Abstract:

Les matières organiques dissoutes (MOD), en tant que sources de nutriments ou potentiels vecteurs de pollution, sont impliquées dans de nombreuses problématiques environnementales. Bien qu'elles fassent l'objet de nombreuses études depuis plusieurs décennies, les mécanismes gouvernant leur solubilisation et leur transfert depuis les sols vers les systèmes aquatiques demeurent sujets à discussion. En s'appuyant sur l'étude de la composition moléculaire des MOD par hydrolyse et méthylation assistée par température et couplée à la chromatographie en phase gazeuse et à la spectrométrie de masse (HMT-CPG-SM), cette thèse a pour objectif d'apporter une meilleure compréhension de leurs mécanismes de solubilisation et de transfert à l'échelle d'un bassin versant agricole. Ce travail s'est appuyé sur le bassin versant expérimental de Kervidy-Naizin (Morbihan, Observatoire de Recherche en Environnement AgrHys) afin d'observer les processus mis en jeux à deux échelles temporelles différentes. A l'échelle de la crue, ce travail a permis de préciser l'impact des conditions hydrologiques spécifiques sur la dynamique des MOD. A l'échelle annuelle, l'utilisation conjointe de la signature isotopique du carbone (δ13C) et de la composition moléculaire des MOD a permis de préciser les mécanismes de transfert de MOD impliqués à l'échelle du versant. L'utilisation de la HMT-CPG-SM s'est avéré un outil adéquat pour l'étude de la dynamique des MOD. L'ensemble des résultats ainsi obtenus ont permis de souligner l'importance des conditions hydrologiques et en particulier de la dynamique de nappe dans les processus de solubilisation et de transfert des MOD Dissolved organic matter (DOM), as sources of nutrient or pollutant dissemination pathway are implied in numerous environmental issues. Although DOM have been the subject of numerous studies for several decades, the mechanisms implied for their solubilization and their transport from soils to aquatic systems are still a matter of discussion. Based on DOM molecular composition determined using thermally assisted hydrolysis and methylation –gas chromatography – mass spectrometry (THM-GC-MS), this thesis aims to provide a better understanding of their solubilization and transfer mechanisms at the scale of an agricultural headwater catchment. This work was conducted on the experimental headwater catchment of Kervidy-Naizin (France, Environmental Research Observatory AgrHys) in order to determine the processes implied at two temporal scales. At the scale of a rain event, this work has clarified the impact of hydrological conditions on the DOM dynamics. At annual scale, the use of carbon isotope signature (δ13C) and DOM molecular composition allowed to clarify the DOM transfer mechanisms at the slope scale. The use of THM-GC-MS appears to be a suitable tool for the study of DOM dynamics. The results thus obtained allowed to highlight the role of hydrological conditions and in particular the water-table level in the solubilization and transfer of DOM

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Sellin, Murielle. "Complexes octaédriques du fer porteurs de deux ligands alcoxycarbonyle, alkyloxalyl, acétyle ou pyruvoyle : couplage carbone-carbone et isomérie chaîne-cycle." Brest, 1995. http://www.theses.fr/1995BRES2026.

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Un processus d'elimination reductrice de molecules organiques dicarbonylees par couplage carbone(alpha)-carbone(beta) est mis en evidence a partir de complexes fe(x)(y)(co)#3l avec x = coco#2me, cocome ; y = co#2me, come et l = co,p(oet)#3, pph#3, pme#3. Lorsque l est un carbonyle terminal, ce processus est concurrence par la decarbonylation du ligand dicarbonyle x mais il est favorise par l'augmentation du caractere sigma-donneur des ligands se couplant. Le couplage carbone-carbone est cependant le seul processus observe apres enrichissement electronique du centre metallique (substitution d'un carbonyle par p(oet)#3, pph#3 ou pme#3). Toutefois, contrairement aux precedents, le complexe fe(cocome)(co#2me)(co)#4, un metalla-gamma-ceto-ester, donne lieu a une isomerie chaine-cycle, jusqu'ici uniquement observee a partir d'homologues organiques. Les carbonyles terminaux de ces complexes possedent en outre un caractere electrophile suffisament fort pour subir l'addition de nucleophiles tels que celle d'alcool (responsable de l'echange alcoxy/alcool) ou d'alcoolate (conduisant a des complexes anioniques trifonctionnalises fe(co#2r)(x)(y)(co)#3l

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Meilland, Julie. "Rôle des foraminifères planctoniques dans le cycle du carbone marin des hautes latitudes (Océan Indien Austral)." Thesis, Angers, 2015. http://www.theses.fr/2015ANGE0059/document.

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Les foraminifères planctoniques vivants (LPF) contribuent à la pompe biologique du carbone océanique en générant des flux de Corg (cytoplasme) et de Cinorg (test calcaire). Dans cette étude, la morphométrie des tests, les abondances et les compositions spécifiques des assemblages de LPF dans l'océan Indien Sud (30°S-60°S, 50°E-80°E), ont été caractérisées à partir de la collecte par filet à plancton stratifié (Multinet) sur 19 stations échantillonnées pendant trois étés consécutifs (2012- 2014). En démontrant l'efficacité d'échantillonnage du Continuous Plankton Recorder pour spatialiser les données observées en 19 stations, l’étude de la dynamique de population des LPF montre l'effet de la position des fronts sur la production des LPF. Pour mieux contraindre l'impact des LPF dans la pompe biologique du carbone des hautes latitudes, la biomasse protéique et la masse calcique de plus de 2000 foraminifères ont été mesurées. Les différences de biomasse protéique et de poids normalisé par la taille entre années, espèces et masses d'eau suggèrent que les paramètres environnementaux affectent la production de Corg et de Cinorg des LPF. Le rôle des LPF sur la pompe biologique de carbone marin dépend des conditions hydrologiques et trophiques du milieu. Le rapport Corg/Cinorg est très différent selon les espèces considérées. L'applicabilité des tests de foraminifères planctoniques comme proxy de paléopompe du carbone dans les hautes latitudes dépendrait donc de l'effet exercé par les variations des conditions écologiques, et de la composition de l’assemblage. Cette étude propose une première estimation des budgets Corg et Cinorg produits par les LPF dans l’Océan Indien Austral Planktonic foraminifera contribute to the marine biological carbon pump by generating organic (cytoplasm) and inorganic (shell) carbon fluxes. In this study, we characterized LPF total abundances, assemblages and test morphometry (minimum diameter) along 19 stations sampled by stratified plankton net (Multinet), during three consecutive austral summers (2012-2014) in the Southern Indian Ocean (30°S-60°S, 50°E-80°E). By demonstrating the efficiency of CPR for LPF sampling, we analysed population dynamic between 19 multinet sampling stations, showing the effect of frontal position on LPF production. To better constrain the impact of those organisms in the biological carbon pump at high latitudes, we have quantified the individual protein-biomass and test calcite mass of more than 2000 LPF. Differences in size-normalized protein-biomass and in size-normalized weight between years, species, and water bodies suggest that environmental parameters affect the production of planktonic foraminifera organic and inorganic carbon to varying degrees. Consequently, planktonic foraminifera are assumed to affect the biological carbon pump, depending on ecological conditions and biological prerequisites. The applicability of planktonic foraminifera tests as proxy of the past biological carbon pump in high latitudes would hence critically depend on the effect exerted by changing in ecological conditions, and the presence of different species. This study proposes a first estimation of planktonic foraminifera Corg and Cinorg standing stock and fluxes in the Southern Indian Ocean

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

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

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Boulard, Eglantine. "Stabilité de phases carbonatées en conditions mantelliques : implications pour le cycle géodynamique du carbone." Phd thesis, Institut de physique du globe de paris - IPGP, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00669781.

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Abstract:

Le carbone est recyclé dans le manteau terrestre majoritairement sous forme de carbonates. La stabilité des carbonates lors de la subduction dans le manteau profond joue donc un rôle majeur sur le cycle géodynamique du carbone. Ce travail de thèse apporte de nouvelles contraintes expérimentales sur la stabilité des carbonates pour des conditions de pression et température pertinentes pour le manteau inférieur terrestre. Pour ce faire, les échantillons ont été synthétisés à haute-pression et hautetempérature en cellule à enclumes en diamants et analysés de manière in situ par diffraction de rayons X. Une fois ramenés à pression et température ambiante, les échantillons ont été préparés par faisceau d'ions focalisés (focused ion beam-FIB) afin d'être analysés ex situ par microscopie électronique à transmission et microscopie de rayons X en transmission. Cette étude a permis de montrer la grande stabilité des phases carbonatées par rapport à la décarbonatation et de mettre en évidence deux nouvelles phases de haute-pression des carbonates : (1) une phase obtenue dans le cas d'une composition de départ FeCO3 dès 40 GPa-1500 K (équivalent à ~1000 km de profondeur). (2) une deuxième phase décrite dans une solution solide (Fe,Mg)CO3 pour des conditions supérieures à 80 GPa-2000 K en accord avec certaines prédictions théoriques. Dans ces deux nouvelles phases de haute-pression, les études ex situ montrent la présence de carbone sous la forme de groupements tétraédriques CO4 et le fer sous la forme oxydée Fe(III). La présence de fer dans la composition des carbonates induit, en effet, des réactions d'oxydoréduction dans lesquelles le fer est oxydé et le carbone partiellement réduit. Il en résulte alors un assemblage à haute-pression de magnétite, diamant et de carbonate ou leurs polymorphes de haute-pression. Nos résultats montrent donc la possibilité pour le carbone d'être recyclé jusqu'à la base du manteau et prouvent que la coexistence de carbone oxydé et carbone réduit dans les conditions du manteau inférieur est possible. Ce résultat est essentiel pour de futures modélisations de l'état d'oxydoréduction et de la fusion du manteau profond.

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Aumont, Olivier. "Etude du cycle naturel du carbone dans un modele 3d de l'ocean mondial." Paris 6, 1998. http://www.theses.fr/1998PA066396.

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Abstract:

Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'etude du cycle naturel du carbone dans un modele 3d de l'ocean mondial. Deux objectifs principaux etaient vises : (1) determiner la sensibilite des distributions des traceurs predites par le modele a la circulation oceanique simulee, (2) etudier le role de grands processus biogeochimiques regissant le cycle du carbone. Pour repondre au premier objectif, un modele biogeochimique existant hamocc3 (hamburg ocean carbon cycle model-version 3) a ete couple au modele de circulation generale opa developpe au lodyc, les resultats etant ensuite compares a ceux obtenus auparavant dans un modele de circulation different. Cette comparaison a montre que l'accumulation excessive des nutriments en sub-surface simulee par tous les modeles de basse resolution dans l'ocean pacifique equatorial (jusqu'a deux fois les concentrations observees) procede d'une resolution horizontale insuffisante, plutot que d'un modele biogeochimique trop simple comme auparavant suppose. Ensuite, l'oxygene apparait comme un traceur extremement sensible a l'intensite de la ventilation de l'ocean profond, en particulier dans l'ocean austral. A propos de la biogeochimie, trois grands mecanismes biogeochimiques ont ete plus particulierement etudies ici. Tout d'abord, le carbone organique dissous (doc) semi-labile joue un role determinant dans les variations saisonnieres de la pco 2 aux hautes latitudes et accroit jusqu'a 30% la production exportee dans les gyres subtropicales. Ensuite, la modelisation explicite des dynamiques du phytoplancton et du zooplancton ameliore la simulation des variations saisonnieres des traceurs aussi bien en surface qu'en sub-surface. Enfin, cette etude a montre que les apports fluviaux de carbone ont un impact sensible sur la distribution regionale des flux air-mer de co 2 et donc, sur le gradient nord-sud preindustriel de co 2 dans l'atmosphere. Sans carbone fluvial, les modeles estiment un transport interhemispherique de carbone proche de zero (de 0,04 a 0,12 gtc an 1). Avec ce carbone fluvial, tel que simule ici pour la premiere fois, ce transport atteint 0,19 a 0,38 gtc an 1 selon la nature de la matiere organique d'origine continentale. Ainsi, les rivieres expliquent en partie, mais pas en totalite, le transport preindustriel de carbone suppose dans l'atmosphere.

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Hervé, Pauline. "Fonctionnement écologique des mares forestières temporaires naturelles et restaurées : Décomposition de la matière organique et relations interspécifiques." Thesis, Tours, 2018. http://www.theses.fr/2018TOUR1802/document.

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Abstract:

Les mares forestières temporaires sont de petites zones humides d’eau douce, sujettes à de fortes dégradations. Le fonctionnement des mares naturelles et restaurées a été étudié en se basant sur les taux de décomposition de la matière organique (MO) et sur l’effet de facilitation d’une plante vasculaire (Molinia caerulea, molinie) sur la croissance des sphaignes (Sphagnum palustre). Les taux de décomposition de la MO dans l’eau ne différaient pas entre les mares naturelles et restaurées mais ils étaient influencés par la teneur en carbone organique du sol, l’ouverture de la canopée forestière et le couvert en sphaignes. Dans le sol de la zone de transition mare-forêt, ces taux étaient réduits par la saturation en eau et par un couvert molinie-sphaignes. La présence de la molinie diminuait la croissance des sphaignes, suggérant une compétition. Les résultats de cette étude contribuent à l’écologie de la restauration de ces mares et questionnent leur devenir dans un contexte de changement climatique Vernal pools are small freshwater wetlands, subject to strong degradations. The functioning of natural and restored vernal pools was studied, based on organic matter (OM) decomposition rates and the facilitation effect of a vascular plant (Molinia caerulea, purple-moor grass) on Sphagnum growth (Sphagnum palustre). The rates of OM decomposition in water were not different between natural and restored pools, but they were influenced by soil organic carbon content, tree canopy openness and Sphagnum cover. In the soil of the pool-forest transition zone, these rates were reduced by water logging and by a Molinia-Sphagnum cover. The presence of Molinia decreased Sphagnum growth, suggesting a competition relationship. The results of this study contribute to the restoration ecology of vernal pools and raise the question of their fate in the climate change context

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Piccoli, Francesca. "High-pressure carbonation : a petrological and geochemical study of carbonated metasomatic rocks from Alpine Corsica." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2017. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2017PA066448.pdf.

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Abstract:

Le cycle global du carbone est fortement lié au bilan entre l’enfouissement en profondeur du carbone dans les zones de subduction, et les émissions de CO2 dans l'atmosphère par dégazage volcanique et métamorphique. Dans la zone d’avant arc (75-100 km en profondeur), les réactions de volatilisation et la dissolution des carbonates induite par l'infiltration des fluides aqueux sont les processus à l'origine de la production de fluides de composition C-O-H. Le carbone initialement piégé sous forme minéral dans les roches peut donc être mobilisé et transporté par ces fluides vers le manteau ou la croûte lithosphérique. Des estimations récentes prévoient que, compte tenu de l'ensemble des processus qui ont lieu dans les zones de subduction (volatilisation, dissolution, mais aussi bien le magmatisme et la formation de diapirs de metasediments), presque la totalité du carbone enfoui serait mobilisé et transféré en phase fluide dans la croûte ou dans le manteau.La percolation de fluides COH à travers des roches de la plaque plongeante et du manteau n'est pas seulement critique pour le recyclage du carbone, mais elle joue aussi en rôle sur le contrôle de l'état d’oxydoréduction du manteau, sur la mobilisation des éléments non volatils, ainsi que sur la rhéologie de ces roches. Cependant, les connaissances sur l'évolution de ces fluides à hautes pressions sont très limitées. Cette étude est centrée sur la caractérisation pétrologique, géochimique et isotopique des échantillons naturels de roches métasomatiques carbonatées de l'unité en facies lawsonite-eclogite de la Corse Alpine (France). Ces roches métasomatiques se localisent sur plusieurs kilomètres le long des contacts lithosphériques majeurs hérités de la plaque océanique subductée, et peuvent révéler des informations importantes sur l'évolution des fluides COH en condition de haute pression pendant la subduction. Dans ce travail, il sera démontré que l'interaction des fluides COH avec des roches silicatées à hautes pressions (entre 2-2.3 GPa et 490-530 ° C) peut causer la dissolution des silicates et la précipitation de carbonates, processus défini comme carbonatation à haute pression. Une caractérisation pétrologique et géochimique détaillée des échantillons, couplée à une étude systématique des isotopes de l'oxygène, du carbone et du strontium-néodyme sera utilisée pour déduire la composition et l'origine multi-source des fluides impliqués. Les implications géochimiques des interactions fluide-roche seront quantifiées par des calculs de bilan de masse et de flux de fluides intégrés dans le temps. Cette étude met en évidence l'importance de la remonté des fluides COH le long des gradients en pression et température pour le stockage du carbone dans les zones de subduction The balance between the carbon input in subduction zone, mainly by carbonate mineral-bearing rock subduction, and the output of CO2 to the atmosphere by volcanic and metamorphic degassing is critical to the carbon cycle. At fore arc-subarc conditions (75-100 km), carbon is thought to be released from the subducting rocks by devolatilization reactions and by fluid-induced dissolution of carbonate minerals. All together, devolatilization, dissolution, coupled with other processes like decarbonation melting and diapirism, are thought to be responsible for the complete transfer of the subducted carbon into the crust and lithospheric mantle during subduction metamorphism. Carbon-bearing fluids will form after devolatilization and dissolution reactions. The percolation of these fluids through the slab- and mantle-forming rocks is not only critical to carbon cycling, but also for non-volatile element mass transfer, slab and mantle RedOx conditions, as well as slab- and mantle-rock rheology. The evolution of such fluids through interactions with rocks at high-pressure conditions is, however, poorly constrained. This study focuses on the petrological, geochemical and isotopic characteristic of carbonated-metasomatic rocks from the lawsonite-eclogite unit in Alpine Corsica (France). The study rocks are found along major, inherited lithospheric lithological boundaries of the subducted oceanic-to-transitional plate and can inform on the evolution of carbon-bearing high-pressure fluids during subduction. In this work, it will be demonstrated that the interaction of carbon-bearing fluids with slab lithologies can lead to high-pressure carbonation (modeled conditions: 2 to 2.3 GPa and 490-530°C), characterized by silicate dissolution and Ca-carbonate mineral precipitation. A detailed petrological and geochemical characterization of selected samples, coupled with oxygen, carbon and strontium, neodymium isotopic systematic will be used to infer composition and multi-source origin of the fluids involved. Geochemical fluid-rock interactions will be quantified by mass balance and time-integrated fluid fluxes estimations. This study highlights the importance of carbonate-bearing fluids decompressing along down-T paths, such as along slab-parallel lithological boundaries, for the sequestration of carbon in subduction zones. Moreover, rock-carbonation by fluid-rock interactions may have an important impact on the residence time of carbon and oxygen in subduction zones and lithospheric mantle reservoirs as well as carbonate isotopic signatures in subduction zones. Lastly, carbonation may modulate the emission of CO2 at volcanic arcs over geological time scales

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Planchat, Alban. "Alkalinity and calcium carbonate in Earth system models, and implications for the ocean carbon cycle." Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2023. http://www.theses.fr/2023UPSLE005.

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L’alcalinité de l’océan (Alk) est essentielle dans l’absorption de carbone atmosphérique et offre une capacité tampon contre l’acidification. Dans le cadre des prévisions de l’absorption de carbone par les océans et des impacts potentiels sur les écosystèmes, la représentation de l’Alk et du principal facteur de sa distribution dans l’océan profond, le cycle du carbonate de calcium (CaCO3), ont souvent été négligés. Cette thèse aborde le manque de considération accordé à l’Alk et au cycle du CaCO3 dans les modèles du système terrestre (ESM) et explore les implications pour le cycle du carbone dans un océan pré-industriel ainsi que dans des scénarios de changement climatique. À travers une intercomparaison des ESMs, une réduction des biais simulés de l’Alk dans la 6ème phase du Projet d’Intercomparaison de Modèles Couplés (CMIP6) est rapportée. Cette réduction peut s’expliquer partiellement par une calcification pélagique accrue, redistribuant l’Alk en surface et renforçant son gradient vertical dans la colonne d’eau. Une revue des modèles de biogéochimie marine utilisés dans les ESMs actuels révèle une représentation diverse du cycle du CaCO3 et des processus affectant l’Alk. Les schémas de paramétrisation de la production, de l’exportation, de la dissolution et de l’enfouissement du CaCO3 varient considérablement, avec une prise en compte généralement limitée à la seule calcite, et sans calcification benthique. Cette diversité entraîne des projections contrastées de l’export de carbone associé au CaCO3 depuis l’océan de surface vers l’océan profond dans les scénarios futurs. Cependant, des simulations de sensibilité effectuées avec le modèle de biogéochimie marine NEMO-PISCES indiquent que la rétroaction associée sur le flux de carbone anthropique et l’acidification des océans reste limitée. À travers un ensemble de simulations NEMO-PISCES, il est démontré qu’une attention particulière au bilan d’Alk est cruciale pour estimer le dégazage de carbone océanique pré-industriel dû aux apports fluviaux ainsi qu’à l’enfouissement de matière organique et de CaCO3. De telles estimations sont fondamentales pour évaluer le flux de carbone air-mer anthropique en utilisant des données d’observation, et mettent en évidence la nécessité de mieux contraindre le bilan d’Alk de l’océan. Enfin, fidèle au message qu’elle véhicule sur le changement climatique, cette thèse offre une perspective nouvelle et radicale sur les sciences du climat et le système de la recherche actuel Ocean alkalinity (Alk) is critical for the uptake of atmospheric carbon and provides buffering capacity against acidification. Within the context of projections of ocean carbon uptake and potential ecosystem impacts, the representation of Alk and the main driver of its distribution in the ocean interior, the calcium carbonate (CaCO3) cycle, have often been overlooked. This thesis addresses the lack of consideration given to Alk and the CaCO3 cycle in Earth system models (ESMs) and explores the implications for the carbon cycle in a pre-industrial ocean as well as under climate change scenarios. Through an ESM intercomparison, a reduction in simulated Alk biases in the 6th phase of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6) is reported. This reduction can be partially explained by increased pelagic calcification, redistributing Alk at the surface and strengthening its vertical gradient in the water column. A review of the ocean biogeochemical models used in current ESMs reveals a diverse representation of the CaCO3 cycle and processes affecting Alk. Parameterization schemes for CaCO3 production, export, dissolution, and burial vary substantially, with no benthic calcification and generally only calcite considered. This diversity leads to contrasting projections of carbon export associated with CaCO3 from the surface ocean to the ocean interior in future scenarios. However, sensitivity simulations performed with the NEMO-PISCES ocean biogeochemical model indicate that the feedback of this on anthropogenic carbon fluxes and ocean acidification remains limited. Through an ensemble of NEMO-PISCES simulations, careful consideration of the Alk budget is shown to be critical to estimating pre-industrial ocean carbon outgassing due to riverine discharge and the burial of organic matter and CaCO3. Such estimates are fundamental to assessing anthropogenic air-sea carbon fluxes using observational data and highlight the need for greater constraints on the ocean Alk budget

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Zhu, Dan. "Modeling terrestrial carbon cycle during the Last Glacial Maximum." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV077.

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Abstract:

Pendant les transitions glaciaire-interglaciaires,on observe une augmentation en partie abrupte de près de 100 ppm du CO2atmosphérique, indiquant une redistribution majeure entre les réservoirs de carbone des continents, de l'océan et de l'atmosphère.Expliquer les flux de carbone associés à ces transitions est un défi scientifique, qui nécessite une meilleure compréhension du stock de carbone ‘initial’ dans la biosphère terrestre au cours de la période glaciaire. L’objectif de cette thèse est d’améliorer la compréhension du fonctionnement des écosystèmes terrestres et des stocks de carbone au cours du dernier maximum glaciaire (LGM, il y a environ21.000 ans), à travers plusieurs nouveaux développements dans le modèle global de végétation ORCHIDEE-MICT, pour améliorer la représentation de la dynamique de la végétation, la dynamique du carbone dans le sol du pergélisol et les interactions entre les grands herbivores et la végétation dans le modèle de la surface terrestre.Pour la première partie, la représentation de la dynamique de la végétation dans ORCHIDEEMICT pour les régions des moyennes et hautes latitudes, a été calibrée et évaluée avec un ensemble de données spatiales de classes de végétation, production primaire brute, et de biomasse forestière pour la période actuelle.Des améliorations sont obtenues avec la nouvelle version du modèle dans la distribution des groupes fonctionnels de végétation. Ce modèle a ensuite été appliqué pour simuler la distribution de la végétation au cours de laLGM, montrant un accord général avec les reconstructions ponctuelles basées sur des données de pollen et de macro-fossiles de plantes.Une partie du pergélisol (sols gelés en permanence) contient des sédiments épais,riches en glace et en matières organiques appelés Yedoma, qui contiennent de grandes quantités de carbone organique, et sont des reliques des stocks de carbone du Pléistocène.Ces sédiments ont été accumulés sous des climats glaciaires. Afin de simuler l'accumulation du carbone dans les dépôts de Yedoma, j’ai proposé une nouvelle paramétrisation de la sédimentation verticale dans le module de carbone dans le sol de ORCHIDEE-MICT. L'inclusion de ce processus a permis de reproduire la distribution verticale de carbone observée sur des sites de Yedoma. Une première estimation du stock de carbone dans le pergélisol au cours du LGM est obtenue, de l’ordre de ~ 1550 PgC, dont 390 ~446 PgC sous forme de Yedoma encore intacts aujourd’hui (1,3 millions de km2).Potentiellement, une plus grande surface de Yedoma pourrait être présente pendant leLGM, qui a disparue lors de la déglaciation.Pour la troisième partie, à la lumière des impacts écologiques des grands animaux, et le rôle potentiel des méga-herbivores comme une force qui a maintenu les écosystèmes steppiques pendant les périodes glaciaires, j'ai incorporé un modèle de d’herbivores dans ORCHIDEE-MICT, basé sur des équations physiologiques pour l'apport énergétique et les dépenses, le taux de natalité, et le taux de mortalité pour les grands herbivores sauvages.Le modèle a montré des résultats raisonnables de biomasse des grands herbivores en comparaison avec des observations disponibles aujourd’hui sur des réserves naturelles. Nous avons simulé un biome de prairies très étendu pendant le LGM avec une densité importante de grands herbivores. Les effets des grands herbivores sur la végétation et le cycle du carbone du LGM ont été discutés, y compris la réduction de la couverture forestière, et la plus grande productivité des prairies.Enfin, j’ai réalisé une estimation préliminaire du stock total de carbone dans le permafrost pendant le LGM, après avoir tenu compte des effets des grands herbivores et en faisant une extrapolation de l'étendue spatiale des sédiments de type Yedoma basée sur des analogues climatiques et topographiques qui sont similaires à la région de Yedoma actuelle During the repeated glacialinterglacialtransitions, there has been aconsistent and partly abrupt increase of nearly100 ppm in atmospheric CO2, indicating majorredistributions among the carbon reservoirs ofland, ocean and atmosphere. A comprehensiveexplanation of the carbon fluxes associatedwith the transitions is still missing, requiring abetter understanding of the potential carbonstock in terrestrial biosphere during the glacialperiod. In this thesis, I aimed to improve theunderstanding of terrestrial carbon stocks andcarbon cycle during the Last Glacial Maximum(LGM, about 21,000 years ago), through aseries of model developments to improve therepresentation of vegetation dynamics,permafrost soil carbon dynamics, andinteractions between large herbivores andvegetation in the ORCHIDEE-MICT landsurface model.For the first part, I improved theparameterization of vegetation dynamics inORCHIDEE-MICT for the northern mid- tohigh-latitude regions, which was evaluatedagainst present-day observation-based datasetsof land cover, gross primary production, andforest biomass. Significant improvements wereshown for the new model version in thedistribution of plant functional types (PFTs),including a more realistic simulation of thenorthern tree limit and of the distribution ofevergreen and deciduous conifers in the borealzone. The revised model was then applied tosimulate vegetation distribution during theLGM, showing a general agreement with thepoint-scale reconstructions based on pollen andplant macrofossil data.Among permafrost (perennially frozen) soils,the thick, ice-rich and organic-rich siltysediments called yedoma deposits hold largequantities of organic carbon, which areremnants of late-Pleistocene carbonaccumulated under glacial climates. In order tosimulate the buildup of the thick frozen carbonin yedoma deposits, I implemented asedimentation parameterization in the soilcarbon module of ORCHIDEE-MICT. Theinclusion of sedimentation allowed the modelto reproduce the vertical distribution of carbonobserved at the yedoma sites, leading toseveral-fold increase in total carbon. Simulatedpermafrost soil carbon stock during the LGMwas ~1550 PgC, among which 390~446 PgCwithin today’s known yedoma region (1.3million km2). This result was still anunderestimation since the potentially largerarea of yedoma during the LGM than todaywas not yet taken into account.For the third part, in light of the growingevidence on the ecological impacts of largeanimals, and the potential role of megaherbivoresas a driving force that maintainedthe steppe ecosystems during the glacialperiods, I incorporated a dynamic grazingmodel in ORCHIDEE-MICT, based onphysiological equations for energy intake andexpenditure, reproduction rate, and mortalityrate for wild large grazers. The model showedreasonable results of today’s grazer biomasscompared to empirical data in protected areas,and was able to produce an extensive biomewith a dominant vegetation of grass and asubstantial distribution of large grazers duringthe LGM. The effects of large grazers onvegetation and carbon cycle were discussed,including reducing tree cover, enhancinggrassland productivity, and increasing theturnover rate of vegetation living biomass.Lastly, I presented a preliminary estimation ofpotential LGM permafrost carbon stock, afteraccounting for the effects of large grazers, aswell as extrapolations for the spatial extent ofyedoma-like thick sediments based on climaticand topographic features that are similar to theknown yedoma region. Since these results werederived under LGM climate and constantsedimentation rate, a more realistic simulationwould need to consider transient climate duringthe last glacial period and sedimentation ratevariations in the next step

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

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Abstract:

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

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Martin, Olivier Valérie. "Etude par cytometrie en flux de la distribution des populations phytoplanctoniques en mediterranee. Mise en relation avec la production metabolique de co 2 et comparaison avec le golfe du saint-laurent." Aix-Marseille 2, 1997. http://www.theses.fr/1997AIX22130.

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Abstract:

L'ocean joue un role important dans la regulation du co 2 atmospherique par l'intermediaire de processus physico-chimiques et biologiques tels que la respiration et la photosynthese. La production metabolique de co 2 dans la couche aphotique est majoritairement due a l'oxydation biologique du carbone organique dissous (cod) et non pas a celle de la forme particulaire (cop). La production et l'exportation de la matiere organique vers les couches profondes dependent essentiellement de la taille des cellules phytoplanctoniques. En effet, en zone eutrophe, la couche de surface est occupee majoritairement par des cellules phytoplanctoniques de grande taille. A l'inverse, dans les zones oligotrophes ou mesotrophes, les cellules du picophytoplancton dominent la communaute phytoplanctonique. La majorite de la production primaire passe alors par une production regeneree. L'objectif initial de ce travail etait de savoir si la distribution des classes de taille des cellules phytoplanctoniques dans la couche euphotique pouvait avoir un effet sur la remineralisation de la matiere organique dans la couche aphotique. La distribution des classes de taille des organismes phytoplanctoniques et la production metabolique de co 2 dans la colonne d'eau ont ete etudiees dans deux zones de caracteristiques differentes : la mediterranee (oligotrophe ou mesotrophe) et le golfe du saint-laurent (eutrophe). La production metabolique de co 2 a ete etudiee a l'aide du test enzymatique de pakard (1971). La distribution des classes de taille des populations phytoplanctoniques a ete etablie par cytometrie en flux. Une cartographie de la distribution du phytoplancton a ete etablie pour la mediterranee orientale, en situation hivernale. Elle a mis en evidence que le picoplancton peut etre considere comme un revelateur de transitions hydrologiques et hydrodynamiques. La variabilite temporelle de la distribution du phytoplancton et de l'activite respiratoire des micro-organismes a la station dyfamed (mediterranee nord-occidentale) a montre l'impact des migrations verticales journalieres. En effet, plus de 80% de la population de cyanobacteries disparait durant la nuit, en relation avec les cycles journaliers de migrations verticales des organismes du zooplancton. La biomasse integree en cyanobacteries broutee durant la nuit est d'environ 534 mg c m - 2 et represente une exportation potentielle de matiere organique. La production metabolique de co 2 dans la couche aphotique presente des maximums secondaires dont la position semble dependre d'un flux de particules module par les migrations verticales. Les conditions hydrodynamiques du golfe du saint-laurent au moment de l'etude correspondaient a une forte stratification de la colonne d'eau et la communaute phytoplanctonique etait dominee par des cellules de petite taille. Une analyse detaillee des populations a permis de demontrer qu'une partie des populations picoplanctoniques contribuait a la production nouvelle.

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Coulis, Mathieu. "Effets des changements climatiques sur l’activité des organismes du sol et la décomposition des litières en milieu méditerranéen." Thesis, Montpellier 2, 2013. http://www.theses.fr/2013MON20252.

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Abstract:

La disponibilité en eau est le principal facteur limitant le fonctionnement des écosystèmes méditerranéens. Des sècheresses plus marquées ou plus fréquentes pourraient avoir d'importantes répercussions sur l'activité et la diversité de la faune du sol qui régule la décomposition des litières et le cycle des nutriments. Dans cette thèse j'ai étudié expérimentalement les interactions entre une modification des apports en eau et l'impact de la macrofaune détritivore sur les processus de décomposition en conditions méditerranéennes. Dans une première partie, j'ai étudié l'effet d'une espèce de détritivore très abondante localement, Ommatoiuus sabulosus, sur la décomposition des litières d'arbustes de garrigue. Une expérience d'un mois en microcosmes a permis d'étudier ses effets directs (via la consommation de litière) et indirects (via l'activité microbienne dans ses fèces) sur la perte de masse des litières et les communautés microbiennes à deux niveaux d'humidité contrastés. Dans une autre expérience d'un an sur le terrain, la mise en place de sachets de litières et de fèces à deux profondeurs dans un sol de garrigue a permis d'étudier les effets d'Ommatoiulus à plus long terme. Les principaux résultats montrent que sa consommation de litière est moins affectée par la sècheresse que la décomposition microbienne, mais que, à court terme, Ommatoiulus ne stimule pas la minéralisation de la matière organique, quelles que soient les conditions d'humidité. En revanche, à plus long terme, Ommatoiulus peut accélérer la décomposition de certaines litières comme le chêne kermès, puisque des fèces issues de cette litière déposées à la surface du sol pendant un an perdent plus de masse que de la litière non-consommée. Cette stimulation semble liée à un lessivage plus important des composés organiques solubles dans les fèces et ne se produit qu'à la surface du sol. En profondeur, où l'humidité du sol est plus favorable à la décomposition, la perte de masse des fèces augmente. Ce résultat suggère qu'en facilitant l'enfouissement de la matière organique dans le sol, les détritivores peuvent accélérer la décomposition.Dans une seconde partie, j'ai cherché à évaluer l'importance de la diversité fonctionnelle des litières et des détritivores pour le processus de décomposition. Grâce à une approche basée sur les traits, des assemblages d'espèces représentant un fort gradient de dissimilarité fonctionnelle mais ayant une richesse spécifique constante, ont été créés pour étudier la réponse de la relation diversité-fonction à la sécheresse. Les résultats de cette expérience menée à l'Ecotron de Montpellier, montrent que la dissimilarité fonctionnelle des litières et des détritivores explique jusqu'à 20% de la variation observée dans plusieurs processus clefs du fonctionnement du sol, tels que la perte de masse des litières et le lessivage du carbone et de l'azote dans le sol superficiel. Toutefois, les effets de l'identité des espèces présentes aux deux niveaux trophiques restent plus importants que ceux de la dissimilarité fonctionnelle. Bien que la sécheresse influence fortement les processus étudiés, les relations diversité-fonction ne sont pas modifiées par un changement de la disponibilité en eau. Cependant, les assemblages d'espèces les plus performants en conditions d'humidité favorables sont aussi les plus fortement affectés par la sécheresse, ce qui suggère qu'il existe un compromis entre l'efficacité des organismes du sol et leur capacité à résister à une perturbation Water availability is a major limiting factor for the functioning of Mediterranean ecosystems. More pronounced drought could severely impact soil fauna activity and diversity that could in turn affect litter decomposition and nutrient cycling. In my PhD thesis I investigated experimentally the interactions between changing water availability and detritivorous macrofauna on decomposition and associated processes in a “garrigue”, a typical Mediterranean woody shrub dominated ecosystem.In the first part of my thesis, I studied the impact of Ommatoiulus sabulosus, an abundant diplopod species in garrigue ecosystems, on shrub litter decomposition. During a one month experiment, I studied the direct (litter consumption) and indirect (microbial activity in feces) effects of this detritivore on litter mass loss and microbial communities under two contrasted moisture levels. In a different experiment, I placed litterbags filled with litter or feces in the field at the soil surface or at 5cm soil depth during one year in order to study the long term impact of Ommatoiulus on decomposition. A key result was that detritivores maintain litter consumption in dry conditions when microbial driven decomposition drastically dropped. However, this detritivore effect do not lead to an overall increased organic matter mineralization irrespective of moisture conditions, at least in the short term. In contrast, under field conditions and over a longer time period, Ommatoiulus increases decomposition of certain species such as Quercus coccifera, since feces from this species decomposes faster than un-ingested litter after one year at the soil surface. This stimulation is likely due to a higher leaching of soluble compound in feces. Moreover, in depth feces decomposition increases relative to that of intact leaf litter, possibly indicating that more favorable soil humidity is more favorable to decomposition. Collectively, my results suggest that detritivores can strongly increase decomposition by transforming leaf litter into feces of different organic matter quality, and by facilitating the transfer of organic matter into the soil.In the second part, I evaluated the importance of functional dissimilarity of leaf litter and detritivores on decomposition processes. Using a trait based approach, species assemblages were constructed in order to obtain a gradient of functional dissimilarity of both, leaf litter and detritivore communities, while keeping species numbers constant. The different communities were kept under controlled conditions at the European Ecotron in Montpellier to study the effect of changing functional dissimilarity on process rates at two different moisture conditions. I found that detritivore and litter functional dissimilarity explain up to 20 % of the observed variation for several key soil processes including litter mass loss and the leaching of dissolved organic carbon and nitrogen from top soil. However, effects of species identity at both trophic levels have a larger impact on process rates than functional dissimilarity. In general, drought strongly affects soil processes but does not alter the diversity-function relationship. Species assemblages resulting in highest process rates at favorable moisture level are also the most negatively affected by drought, suggesting a tradeoff between the efficiency of soil organisms and their ability to resist perturbation

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Gasser, Thomas. "Attribution régionalisée des causes anthropiques du changement climatique." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066543/document.

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Abstract:

Cette thèse traite du Brazilian Proposal, c'est-à-dire de la détermination des contributions nationales au changement climatique d'origine humaine. Pour répondre à cette question, nous avons développé un modèle compact du système Terre, OSCAR v2.1. Ce modèle intègre une représentation du cycle du carbone (CO2, CH4), de la chimie atmosphérique des gaz à effet de serre (CH4, N2O, O3, composés halogénés), mais également des aérosols et de la dynamique climatique. Il est forcé en émissions anthropiques de composés actifs et en changements d'usage des sols. Après avoir constaté la bonne capacité du modèle à reproduire les observations passées des principales grandeurs climatiques, et après avoir énoncé les grands principes régissant les exercices d'attribution, nous attribuons les causes anthropiques du changement climatique. Nous trouvons que la rétroaction climatique, sur le cycle du carbone et sur la chimie atmosphérique, a un effet prépondérant qui exacerbe l'importance relative de chaque forçage anthropique. Par ordre décroissant, émissions de dioxyde de carbone fossile, de dioxyde de soufre, de méthane, et usages des sols, sont trouvés comme étant les plus importants contributeurs au changement climatique en 2008. A travers ces forçages, les pays dits en développements sont dorénavant de plus grands contributeurs au changement climatique que les pays dits développés. C'est cependant toujours l'inverse si l'on résonne en contribution par tête ; mais nous montrons qu'un tel raisonnement rend incompatibles une trajectoire de réchauffement inférieur à deux degrés et équitable This PhD thesis deals with the Brazilian Proposal, that is the assessment of national contributions to anthropogenic climate change. To answer the Proposal, we have developed a compact Earth system model, named OSCAR v2.1. The carbon cycle (CO2, CH4), the atmospheric chemistry of greenhouse gases (CH4, N2O, O3, halogenated compounds), as well as aerosols and climate dynamics are included in this model. It is driven by anthropogenic emissions of active compounds, and by land-use changes. After acknowledging the ability of the model to reproduce past observations of the main climatic variables, and after exposing the fundamental principles of attribution exercises, we attribute climate change to its anthropogenic causes. We find that the climate feedback -- over both the carbon cycle and the atmospheric chemistry -- has a prominent effect that exacerbates the relative importance of each anthropogenic forcing. In decreasing order, emissions of fossil carbon dioxide, of sulfur dioxide, of methane, and land-use changes, are found to be the most important contributors to climate change in 2008. Through these forcings, the so-called developing countries are now contributing more to climate change than the so-called developed countries. It is however still the contrary on a per capita basis; but we show that such an accounting approach makes it impossible to reach equity within a less-than-two-degree warming trajectory

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Terrats, Louis. "Le flux de carbone particulaire et le lien avec la communauté phytoplanctonique : une approche par flotteurs-profileurs biogéochimiques." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2022SORUS550.pdf.

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Abstract:

L'Océan est un acteur majeur du climat en échangeant avec l'atmosphère de grandes quantités de carbone. Le carbone atmosphérique est fixé à la surface de l’océan par le phytoplancton qui le transforme en carbone biogène, dont une partie est transportée vers l’océan profond par des mécanismes physiques et biologiques; il s’agit de la Pompe Biologique de Carbone (BCP). Une infime partie de ce carbone biogène atteindra des profondeurs suffisantes pour être séquestré durant plusieurs siècles avant qu'il ne retourne dans l'atmosphère, régulant les concentrations atmosphériques de CO2. Aujourd'hui, nous en savons assez sur la BCP pour reconnaitre son importance dans le climat, mais nos connaissances sur son fonctionnement sont limitées en raison d’un échantillonnage insuffisant des flux de carbone biogène. Dans ce travail de thèse, nous avons utilisé les flotteurs BioGéoChimique-Argo, plateformes d’observations conçues pour résoudre le problème du sous-échantillonnage, afin d’explorer un mécanisme majeur de la BCP qui est la pompe gravitationnelle. La pompe gravitationnelle est le transport du carbone biogène sous la forme de particules organiques (POC) qui sédimentent de la surface vers l’océan profond. Notre étude de la pompe gravitationnelle se divise en trois axes. Le premier axe consiste au développement d’une méthode pour détecter les floraisons de coccolithophoridés, groupe phytoplanctonique majeur qui a potentiellement un contrôle important sur le transport du POC en profondeur. Le deuxième axe est centré sur la variabilité saisonnière et régionale des flux de POC dans l’Océan Austral, qui est une zone sous-échantillonnée mais dans laquelle plusieurs flotteurs ont été déployés avec une trappe optique à sédiments (OST). Seuls une dizaine de flotteurs sont équipés d’OST, ce qui est faible en comparaison avec l’ensemble de la flotte BGC-Argo (i.e. plusieurs centaines de flotteurs). C’est pourquoi nous avons développé, dans le troisième axe, une méthode pour estimer le flux de POC avec les capteurs standards du programme BGC-Argo. Cette méthode a ensuite été appliquée à une centaine de flotteurs pour décrire la variabilité saisonnière du flux de POC dans de nombreuses régions océaniques. Dans ce travail de thèse, nous mettons également en évidence le lien entre la variabilité des flux et la nature des particules en surface. Par exemple, nous avons calculé des relations entre la composition de la communauté phytoplanctonique et les flux de POC à 1000m. En utilisant ces relations, nous avons ensuite utilisé les observations satellites pour extrapoler les flux de POC à de larges échelles spatiales, comme à l’ensemble de l’Océan Austral et de l’océan global The ocean plays a key role in the climate by exchanging large quantities of carbon with the atmosphere. Atmospheric carbon is fixed at the ocean surface by phytoplankton that transforms it into biogenic carbon, part of which is transported to the deep ocean by physical and biological mechanisms; this is the Biological Carbon Pump (BCP). A tiny fraction of this biogenic carbon reaches sufficient depths to be sequestered for several centuries before it returns to the atmosphere, thus regulating concentrations of atmospheric CO2. Today, we know enough about the BCP to recognize its importance in climate, but our knowledge of its functioning is limited due to insufficient sampling of biogenic carbon fluxes. Here, we used BioGeoChimical-Argo floats, observational platforms designed to solve the undersampling problem, to explore a major mechanism of the BCP called the gravitational pump. The gravitational pump is the transport of biogenic carbon in the form of organic particles (POC) that sink from the surface into the deep ocean. Our study of the gravitational pump is divided into three axes. The first axis consisted of developing a method to detect blooms of coccolithophores, a major phytoplankton group that potentially has an important control on the transport of POC at depth. The second axis focused on the seasonal and regional variability of POC fluxes in the Southern Ocean, an undersampled area in which several floats have been deployed with an optical sediment trap (OST). Only ten floats were equipped with an OST, which is low compared to the whole BGC-Argo fleet (i.e. several hundred floats). Therefore, in the third axis, we developed a method to estimate the POC flux with the standard sensors of BGC-Argo floats. This method was then applied to hundreds of floats to describe the seasonal variability of the POC flux in many regions. In this study, we also highlighted the link between the POC flux and the nature of surface particles. For example, we calculated relationships between phytoplankton community composition and POC flux at 1000m. Using these relationships, we then used satellite observations to extrapolate POC flux to large spatial scales, such as the entire Southern Ocean and the global ocean

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Dissertations / Theses on the topic 'Cycle de carbone'

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