Tesis sobre el tema "Zones de flux de voyageurs"

De nos jours, les déplacements dans une agglomération sont souvent abordés selon les phénomènes de pointe avec des heures éponymes calquées sur les déplacements pendulaires (MUNCH, 2017). Or, sur certains territoires, les « autres motifs » deviennent prépondérants. C’est le cas des Bouches-du-Rhône, dont la Métropole d'Aix-Marseille Provence s’y confond quasi-intégralement (EMD BDR 2009). Cette dernière intéresse de par sa taille (1,9 millions d’habitants), sa jeunesse institutionnelle (créée le 1er janvier 2016) et son caractère multipolaire unique englobant le grand périurbain. Le but de ce travail croisant aménagement, mobilité, ingénierie et sociologie a été d’évaluer puis optimiser la gestion des flux de déplacements non pendulaires (DNP) engendrés par les pôles générateurs métropolitains afférents, en vue de l'adaptation des réseaux de transport public soumis à des objectifs de report modal.Nous avons tâché d’y répondre en deux parties. Il y a d’abord une première partie de cadrage avec la définition des pôle générateurs de déplacements non-pendulaires (PG DNP) puis du contexte géographique et institutionnel de notre terrain d’études en montrant son caractère hétérogène et encore mouvant avant de s’intéresser aux enquêtes de déplacements et leur conception vis-à-vis des DNP, offrant une connaissance macroscopique des déplacements locaux. Puis, la deuxième partie voit la création d’un protocole d’étude des DNP à travers l’idée que les PG DNP exercent une pression résultante de la fréquentation d’usage ainsi que de son environnement dont une meilleure connaissance peut permettre une réduction de cette pression d’usage. Une approche catégorielle des DNP a ainsi été appliqué et a abouti à cinq types de PG DNP que nous avons tâché de caractériser plus finement à travers l’étude de nouvelles données (billettique, circulation et GPS), ce qui a eu pour résultat de révéler les différents rythmes de fonctionnement des catégories de PG DNP. Enfin le dernier chapitre traitant des flux de DNP à l’aune des visions opérationnelles et citoyennes a révélé les difficultés d’adaptation aux DNP d’un outil de simulation tel que Metropolis 13+ si ces flux ne sont pas pensés nativement, ainsi que la prise en compte des DNP de manière indifférenciée vis-à-vis des autres types de déplacement, dans un contexte d’offre locale de transports en commun encore considéré insuffisante
Nowadays, commuting in an urban area is often addressed according to peak phenomena with eponymous hours modelled on commuting (MUNCH, 2017). In some jurisdictions, the “other grounds” become predominant. This is the case of the Bouches-du-Rhône, where the Aix-Marseille Provence Metropolis is almost entirely merged (EMD BDR 2009). The latter is interesting because of its size (1.9 million inhabitants), its institutional youth (created on January 1, 2016) and its unique multipolar character encompassing the large peri-urban. The aim of this work, which combines planning, mobility, engineering and sociology, was to evaluate and then optimize the management of non-commuting travel flows (NCT) generated by the related metropolitan generating poles, for the adaptation of public transport networks subject to modal shift objectives. We tried to answer it in two parts. There is first a first part of framing with the definition of non-commuting movement generating poles (NCT GP) the geographical and institutional context of our field of study by showing its heterogeneous character and still moving before being interested in travel surveys and their conception vis-à-vis the NCT, offering a macroscopic knowledge of local travel. The second part sees the creation of a protocol for studying NCT through the idea that GP NCT exert a pressure resulting from the use of frequentation and its environment, which a better knowledge can allow a reduction in this pressure. A categorical approach of the NCT was applied and resulted in five types of GP NCT that we tried to characterize more finely through the study of new data (ticketing, traffic and GPS), which resulted in revealing the different operating rhythms of GP NCT grades. Finally, the last chapter dealing with NCT flows in terms of operational and citizen visions revealed the difficulties of adapting to the NCT a simulation tool such as Metropolis 13+ if these flows are not thought natively, as well as the consideration of the NCT in an undifferentiated way vis-à-vis other types of travel, in a context of local public transport offer still considered insufficient

Dans ces travaux de thèse, nous proposons un modèle de prévision à court terme des flux de voyageurs basé sur les réseaux bayésiens. Ce modèle est destiné à répondre à des besoins opérationnels divers liés à l'information voyageurs, la régulation des flux ou encore la planification de l'offre de transport. Conçu pour s'adapter à tout type de configuration spatiale, il permet de combiner des sources de données hétérogènes (validations des titres de transport, comptages à bord des trains et offre de transport) et fournit une représentation intuitive des relations de causalité spatio-temporelles entre les flux. Sa capacité à gérer les données manquantes lui permet de réaliser des prédictions en temps réel même en cas de défaillances techniques ou d'absences de systèmes de collecte
In this thesis, we propose a Bayesian network model for short-term passenger flow forecasting. This model is intended to cater for various operational needs related to passenger information, passenger flow regulation or operation planning. As well as adapting to any spatial configuration, it is designed to combine heterogeneous data sources (ticket validation, on-board counts and transport service) and provides an intuitive representation of the causal spatio-temporal relationships between flows. Its ability to deal with missing data allows to make real-time predictions even in case of technical failures or absences of collection systems

Dans les zones de subduction, le recyclage de sédiments vers le manteau et la remontée de magmas depuis le manteau jusqu'à la croûte des arcs insulaires représentent des échanges de matière entre la croûte continentale et le manteau terrestre. Nous avons examiné ces échanges de masse en utilisant les compositions isotopiques de l'Hafnium et du Néodyme. Dans la zone de subduction d'Izu-Mariannes, les sédiments subduits présentent des compositions isotopiques de l'Hf et du Nd équivalentes aux compositions de l'eau de mer du Pacifique. La croûte océanique altérée présente des compositions isotopiques identiques à une croûte océanique non-altérée. Dans les zones de subduction de Luzon et de Java, les laves d'arc présentent des compositions isotopiques de l'Hf très radiogéniques par rapport à leurs compositions isotopiques du Nd. Ces compositions des laves d'arc de Luzon et de Java semblent conditionnées par la contamination de leurs sources par des sédiments océaniques subduits.

Le Marais Breton est un marais littoral situé au sud de l'estuaire de la Loire. Son rôle bénéfique sur la qualité de l’eau est souvent mis en avant, mais jamais quantifié. Les habitats côtiers fournissent des services écosystémiques essentiels aux personnes et à l’environnement, notamment pour la qualité de l’eau. L’estimation du pouvoir épurateur de tels milieux est la plupart du temps basée sur un bilan des entrées et des sorties. La présente étude cherche à aller plus loin en tentant de tenir compte des processus de dégradation mis en jeu au cours du transit des masses d’eau dans le marais. La méthodologie proposée est basée sur la modélisation des flux d’eau et d’un pesticide (glyphosate) dans les principaux chenaux à l’aide d’un modèle hydraulique monodimentionnel (1D). Les simulations réalisées prouvent qu’il est possible de calculer des temps de concentration, de résidence et de transfert dans le marais, fonction des usages, des conditions hydro-météorologiques et des manœuvres d’ouverture / fermeture des ouvrages hydrauliques. Ces simulations révèlent également la possibilité de différencier les processus de dégradation et de dilution, et de les spatialiser. L’intégration de ce modèle dans une chaîne de modèles sur le continuum terre-mer s’avère possible et démontre l’intérêt de cet outil dans l’aide à la décision pour la gestion de ces milieux.

Thesis (Ph. D.)--Civil and Environmental Engineering, Georgia Institute of Technology, 2007.
Koros, William, Committee Member ; Huang, Ching-Hua, Committee Member ; Hughes, Joseph, Committee Member ; Pennell, Kurt, Committee Chair ; Loeffler, Frank, Committee Member.

L'eutrophisation est une des principales menaces pesant sur les écosystèmes aquatiques. Cette thèse a pour objectifs de déterminer le rôle des paramètres abiotiques liés à l'eutrophisation, notamment la concentration en phosphore total, sur 1) la composition chimique des communautés végétales aquatiques, 2) leur décomposition et 3) les flux de C dans les zones humides. 1. Trois espèces aquatiques représentatives des trois stratégies adaptatives de Grime (i.e. compétitive, rudérale et stress tolérante) sont sélectionnées dans des zones humides distribuées le long d'un gradient de phosphore. Les espèces compétitives et rudérales ont une concentration en lignine significativement plus faible que l'espèce stress tolérante. Pour une même espèce, la teneur en eau augmente avec la concentration en phosphore de l'habitat et l'allocation en composés carbonés (amidon et/ou lignine) varie également significativement. 2. La composition des plantes aquatiques a un fort effet sur leur décomposition, les espèces rudérales et compétitives se décomposant plus vite, d'autant plus si elles se sont développées dans des sites riches en nutriments. 3. Dans les milieux eutrophes, les communautés végétales contribuent à l'augmentation des émissions de CH4 et diminuent les émissions de CO2 mesurées pendant la journée, probablement directement, au travers de leur qualité, de leur vitesse de décomposition, et des quantités de matières produites, et indirectement, au travers de leur position dans la lame d'eau. Le niveau d'eutrophisation des écosystèmes doit donc être pris plus explicitement en compte dans les modèles d'estimation des flux de carbone des milieux aquatiques d'eau douce
Eutrophication is a current threat for wetlands. This phD thesis aims at determining the role of the abiotic parameters of eutrophication, mainly the phosphorus content, 1) on aquatic plant quality, 2) on aquatic plant decomposition, and 3) on carbon fluxes. 1. Three aquatic plant species representative of the Grime strategies, i.e. competitive, ruderal and stress tolerant, were collected in wetlands dispatched along a phosphorus gradient. For the three species, water content of populations increased with the nutrient content of the habitat. Carbon allocation (starch and/or lignin) also varied according to habitat. 2. The three species were collected and decomposed in wetlands dispatched along a nutrient gradient. Aquatic plant quality significantly affected their decomposition, in particular the ruderal and competitive species were more rapidly decomposed when they grew in nutrient rich sites. 3. Daytime CO2 and CH4 fluxes were measured in 6 floristic zones. Daytime CO2 emissions were negatively correlated with net primary productivity and CH4 emissions were positively correlated. The abundance of floating vegetation also increased CH4 emissions probably because macroalgae and to a lower extent vascular plants with floating leaves favor anoxic conditions. Eutrophication may affect aquatic plant chemical composition and increase their decomposition rate. Moreover, in eutrophic wetlands, floating vegetation may affect carbon fluxes because of their quality, their decomposition rate and the quantities produced, and indirectly because of their location in water column. Therefore the eutrophication should be taken into account in the global C budgets of softwater ecosystems

The aim of this work is to present a methodology permitting to quantify wind erosion, in particular the fluxes in mass on the southern Tunisian arid regions, A particular attention has been carried to the description and the assessment of the modifications of land use {extension of culture, change of agricultural practices, etc. ). An approach combining simulations in laboratory, experiences on parcels and modelling is implemented. Otherwise, this last technique, modelling, is considered like one main tools of investigating permitting to give elements of answer to the final objectives of this work. Some specific parametrisations bas been developed on the laboratory permitting, consequequently to describe the erosion fluxes on agricultural surfaces (Kardous. 2005a, 2005b). These relations, allow to derive solely from the geometric features of the ridged surfaces (the height, RH, and the spacing, RS) the aerodynamic roughness height (-„), the erosion threshold friction velocity and the saltation fluxes. To validate these parametrisation in situ, we had conduct in southern Tunisian arid region three experiences (2003. 2008 and 2009} on parcels plowed by three different tools (the disc, the moulboard and the tiller). These experiences show, on one hand that the model developed on the laboratory' reproduces very well the experimental results and describes on a satisfying way the saltation fluxes on agricultural surfaces in Tunisian arid zones. On the other hand, theses results indicate also that erosion fluxes are smaller for the mouldboard, intermediate with the tiller and the higher for the disc. To simulate the emission of erosion fluxes the scale of arid and desert Tunisian zones, we used a meso-scale model, the regional Atmospheric Modeling System (RAMS) coupled on line with the Dust production model (DPM) developed by Marticorena and Bergametti (1995) and Laurent (2005). We had, first identified the most frequent and intense simulated zones sources of clust emission, We evaluated also the relative contribution of both natural surfaces and land agricultural uses to the fluxes in mass. The results suggest that the wind erosion stays predominant on the natural surfaces. Finally. A very marked seasonal cycle of the emissions is simulated with a maximum in the spring and in the beginning of the summer. This cycle is mainly due to the high wind speed generally observed on this period of year. Iron dust solubility in atmospheric waters is critical to estimate the effect of its deposition on primary production, especially on global carbon cycle. My PhD studies the effect of atmospheric organic complexation on iron dust dissolution. First of all, I studied the water soluble fraction of collected aerosols in the source region during strong biomass burning event, an important source of organic compounds. Second of all, I performed laboratory experiments with dust particles from different African sources and different organic compounds measured in the atmosphere. This work have highlight that the variability of iron dust solubility could be linked to the organic complexation. Oxalic acid is the most important iron ligand in the atmosphère and is the one with the most important effect on iron solubility, but others organic compounds such as malonic, tartane, glycolic acids or HULIS could enhanced the dissolution of iron. This dissolution, without light, is reductive and lead to the formation of Fe(II). I found a linear dissolution for dust iron in presence of increasing concentration of oxalate and HULIS, but for the other compounds the dissolution seems to be limited. I also found that the mineralogical composition of iron contained in dust is very important, and the dissolution is controlled by me presence of iron from clay minerals rather than iron from (hydr-)oxides.

Une expérimentation a été menée en mésocosmes pour simuler un marais artificiel à flux vertical pour traiter une boue biologique provenant d’une usine agroalimentaire. Un substrat organique (tourbe et écorces de pin) a été utilisé et trois espèces hélophytes (Phragmites australis Cav. , Typha latifolia L. Et Iris pseudacorus L. ) ont été testées. L’étude confirme la faisabilité de l’utilisation du substrat organique, sans colmatage à déplorer. Mais des matières organiques solubles sont libérées et présentent un risque d’enrichissement pour les eaux en sortie. Le système montrent des performances satisfaisantes : réduction hydrique entre 25% et 65%, élimination supérieure à 90% pour MES et DCO, et supérieure à 80% pour NTK. Phragmites est l’espèce la plus efficace en termes de traitement, suivie par Typha puis Iris, tous devant le système sol nu. Ceci met en avant le rôle positif du végétal et la variabilité entre les espèces. Le principal processus épuratoire est la filtration. Les plantes ont des effets positifs sur le traitement. De façon indirecte, le système racinaire intensifie la filtration et stimule les activités microbiennes ; les racines exsudent des substances organiques, telles que peroxydases, qui peuvent participer à la dégradation des contaminants. De façon directe, les plantes absorbent des éléments puis les stockent dans la biomasse; ce rôle direct des plantes est mineur mais non négligeable. Phragmites est l’espèce la plus efficace en raison de ses caractères les plus appropriés au traitement, comme par exemple une évapotranspiration forte, une forte capacité d’absorption, un système racinaire dense, extensif et profond et une forte activité enzymatique
We performed an experiment using a vertical-flow wetland system to treat a liquid sewage sludge from a food industry (producing soft drinks from fruit concentrates). An organic substrate (peat/crushed pine bark, 1/1) was used as growing medium and three helophyte species (Phragmites australis Cav. , Typha latifolia L. , and Iris pseudacorus L. ) were tested. Results confirmed that the organic substrate can be used in treatment system, without clogging observed. However, the substrate released soluble organic matter, which enriched outflow water. The treatment system showed high performance: water reduction varied from 25% to 65%; removal efficiency was more than 90% for MES and COD, and more than 80% for TKN. Overall, the system planted with Phragmites had the highest performance, followed by Typha and then by Iris, all beyond unplanted system. This highlights positive role of plants in the treatment and differences between species. The main purifying process was filtration of particles by substrate. Plants had positive impacts on treatment. Indirectly, plant root system strengthened filtration effect of substrate and enhanced microbial activity; roots released organic substances, such as peroxidises, which can participate in the degradation of organic contaminants. Directly, plants took up elements and stored them in their biomass; this direct role of plants was minor while not negligible. Phragmites was the species the most efficient because of its characteristics suitable for treatment, such as high evapotranspiration, high uptake capacity of nutrients, dense, extensive and deep root system and more active enzymes

Ce memoire est consacre a derager deux modeles simples des interactions sur les zones de subduction au cours d'episodes d'erosion tectonique. Dans la premiere partie de ce travail, je pose les bases qui permettent d'evaluer l'ampleur des processus d'erosion tectonique au japon et au perou. Dans la seconde, j'expose les mecanismes moteurs de l'erosion. Le chapitre 1 met en evidence, sur un echantillon de 28 zone de subduction, la variete des regimes de partitionnement des sediments qui conduisent a l'accretion et/ou a l'erosion. Le chapitre 2 est consacre a proposer un modele lineaire de la subduction base sur l'isostasie et la predominance de la charge que constitue la plaque chevauchante sur la position de la lithosphere subduite. Cette hypothese permet de restituer les paleo-geometries des marges japonaises et peruviennes et de quantifier les episodes d'erosion tectonique qui les ont affecte depuis le miocene. Dans le chapitre 3, la simulation analogique en boite a sable, numerique par elements finis, et le calcule analytique, autour de l'ouverture d'une fenetre d'erosion ou de la subduction d'asperites, mettent en evidence des processus d'erosion ou de plaquage sous crustal. Enfin, au chapitre 4, je propose, sur la base de deux profils de sismique reflexion multi-traces, une estimation des episodes d'accretion et d'erosion qui ont affecte la fosse des kouriles vers 42n depuis le miocene

Les zones d'hybridation sont des laboratoires naturels pour l'étude de la spéciation. Le modèle de la zone de tension (équilibre entre migration et contre-sélection des hybrides) a été illustré par de nombreuses études sur des organismes terrestres, mais les espèces marines ont été peu étudiées. Pourtant, les organismes marins possèdent souvent des potentiels de dispersion bien supérieurs à la plupart des organismes terrestres du fait d'une phase larvaire planctonique très dispersive, et ils peuvent illustrer comment une zone hybride se comporte avec de forts taux de migration. Nous avons étudié ici la zone hybride en mosai͏̈que des moules côtières Mytilus edulis et M. Galloprovincialis en Europe en utilisant des marqueurs PCR neutres. La transition entre les populations M. Edulis de Mer du Nord et les M. Galloprovincialis ibériques n'est pas graduelle. La structure géographique de la zone est une mosai͏̈que à double échelle. A grande échelle, trois zones d'hybridation indépendantes se succèdent délimitant deux patchs enclavés en Bretagne (M. Galloprovincialis) et en Charente (M. Edulis), isolés de leur population conspécifique périphérique par le patch de l'autre espèce. A petite échelle, au sein de chacune des trois zones d'hybridation, des populations pures des deux types peuvent alterner rapidement formant une micro-mosai͏̈que. . . /. . .

Le bassin méditerranéen est une zone touristique très développée, néanmoins, le taux dutourisme international varie d'un pays à l'autre. Cette recherche a donc pour but de situer letourisme algérien par rapport aux autres pays du Maghreb (Tunisie et Maroc) afin decomprendre le blocage de sa relance. Une analyse des différentes phases d’évolution dutourisme dans les trois pays a permis d’étudier les flux touristiques, la place du tourisme dansl’économie et les investissements touristiques. La wilaya de Skikda est l’objet de cette étudegrâce aux zones d’expansion touristiques considérées comme modèles pour le développementdu tourisme. Trois zones d’expansion touristiques (ZET) et une station balnéaires ont faitl’étude de cette recherche. Les projets d’aménagement de ces ZET s'inscrivent dans lavolonté d'un développement respectueux des principes de développement durable dutourisme, assurant la préservation de l'environnement, des ressources naturelles et dupatrimoine culturel. L’exploitation des résultats des enquêtes et des entretiens auprès desprofessionnels du tourisme, des collectivités locales et des touristes ont permis de bien situerles différents blocages. Le problème de gouvernance et la centralisation des décisions a eupour effet de retarder encore la relance du tourisme en Algérie
The Mediterranean basin is a highly developed tourist area, however, the international tourismvaries from one country to another. This research aims to locate the Algerian tourismcompared to other Maghreb countries (Tunisia and Morocco) to understand the blocking ofhis recovery. An analysis of the different phases of development of tourism in the threecountries was used to study the flow of tourists, the place of tourism in the economy andtourism investments. The Skikda is the object of this study through the expansion of touristareas considered as models for the development of tourism. Three zones of tourist expansion(ZET) and a seaside resort made the study of this research. The development of these projectsare part of the ZET will of a respectful development of sustainable tourism developmentprinciples, ensuring the preservation of the environment, natural resources and culturalheritage. The exploitation of the results of surveys and interviews with tourism professionals,local authorities and tourists helped situate the various blocks. The governance issue andcentralization of decisions had the effect of further delaying the revival of tourism in Algeria

L'energie radiative atteignant la surface terrestre est dissipee principalement sous forme de chaleur latente (evaporation et transpiration de l'eau contenue dans le sol et la vegetation respectivement) et de chaleur sensible (echauffement de la couche atmospherique de surface), l'equilibre entre ces deux termes determinant de nombreux processus climatiques, agronomiques ou hydrologiques. Le flux de chaleur sensible peut etre estime a partir de la temperature aerodynamique de surface, le plus souvent assimilee a la temperature radiative (infrarouge thermique, irt) moyennant l'introduction d'un facteur correctif (kb#-#1). Ce dernier est generalement considere constant dans le cas de surfaces homogenes mais plusieurs resultats experimentaux suggerent une valeur plus elevee et surtout fortement variable dans le cas de couverts epars, du fait du fort contraste thermique entre sol et vegetation, notamment dans les zones arides et semi-arides. A partir d'une modelisation theorique et de resultats experimentaux (hapex-sahel au niger et monsoon'90 en arizona) il est demontre, d'une part, que ce facteur correctif doit etre considere dans ce cas comme un parametre d'ajustement empirique denue de tout sens physique et, d'autre part, que sa valeur depends fortement de la structure du couvert, mais aussi des conditions meteorologiques et hydriques. Une seconde methode, prenant explicitement en compte les temperatures du sol et de la vegetation obtenues par teledetection visible, irt et radar, est proposee et analysee. Les avantages et inconvenients des deux approches pour une estimation operationnelle du flux de chaleur sensible par teledetection sont egalement discutes.

This study explored the effects of seasonal variability on the geochemistry of sinking pthesiss and on the nitrogen cycle of the Cariaco Basin. Pthesis fluxes were measured at the base of the euphotic zone (the depth of 1% of photosynthetically active radiation - PAR) with drifting sediment traps during months of upwelling and non-upwelling regimes from March 2007 to November 2009. Flux estimates were analyzed in the context of seasonal variations in sea surface temperature, primary productivity, and chlorophyll a concentrations using data generated by the CARIACO Time-series Program as well as satellite data. Additionally, nine years (1996-2000 and 2004-2007) of nutrients, phytoplankton taxonomy and δ15N of sinking pthesis data within the twilight zone (225 m) from the CARIACO Time-series Program were examined. Results showed that the flux of organic matter responded to changes in surface chlorophyll a but not to primary production. Sinking organic matter decreased by an order of magnitude from the base of the euphotic zone to the oxic-anoxic interface; most of the organic matter produced in surface waters was remineralized before leaving the upper 50-100 m. Lithogenic material often represented a large fraction of the flux. Isotopic analyses showed that 13C/12C ratios of sinking organic carbon were enriched (~-19‰) during the upwelling period and depleted during relaxation (~-23‰). This reflects seasonal changes in inorganic carbon utilization by phytoplankton and suggests that the δ13C of organic carbon in Cariaco sediments can be used as a proxy for carbon fixation by primary producers. The δ15N of the settling flux was influenced by the strength of the upwelling and the presence of the nitrogen fixer Trichodesmium thiebautii in the basin in different seasons; the 15N/14N ratio of sinking nitrogen reflects both imported and local nitrogen fixation signals. This result argues against previous interpretations of the δ15N from the basin's sedimentary record, which suggested that the nitrogen isotopic composition of flux is influenced by denitrification at the oxic-anoxic interface. Dissolved gas samples from the Cariaco eastern and western sub-basins from September 2008 (non-upwelling) and March 2009 (upwelling) were studied to assess the production of biogenic nitrogen gas through mass spectrometric N2/Ar ratiometry. Excess nitrogen gas indicated that upwelling affects the intensity of denitrification at the oxic-anoxic interface. In four of the six stations the concentration of biogenic nitrogen gas at the oxic-anoxic interface was 2.7-6.1 µM N higher during the upwelling period than during the relaxation season (p< 0.001), implying that denitrification in the basin was stimulated by the vertical flux of organic matter and/or the ventilation of the oxic-anoxic interface by oxygenated and nutrient-rich intermediate Caribbean waters.

Dans le système de la pompe biologique océanique, l'incorporation et la séquestration du carbone d'origine atmosphérique dans les sédiments marins résultent de la fixation en surface de ce carbone, suivie de son transit dans la colonne d'eau sous forme de particules carbonées. Dans la zone euphotique (0-200m), la photosynthèse par le phytoplancton joue le rôle primordial de fixateur du carbone atmosphérique dans des particules organiques consommées ensuite par les autres organismes marins hétérotrophes. La matière organique particulaire produite directement à partir du phytoplancton (comme les agrégats) ou indirectement par les organismes (par exemple les pelotes fécales) représentent le principal vecteur d'export du carbone vers l'océan profond. Dans ce contexte, l'efficacité de la pompe biologique est alors fonction de la vitesse de sédimentation des particules et finalement seules les particules dont la taille et la masse sont suffisantes parviennent jusqu'au sédiment. Ces considérations ont ainsi permis d'établir que les particules d'une taille > 500µm connues dans la littérature scientifique sous le terme de "neige marine" contribuaient significativement à l'export en profondeur. Au cours de l'expédition TARA, l'utilisation du Profileur de Vision Marine (PVM) nous a permis d'établir la distribution en taille du compartiment particulaire (> 100µm) depuis la surface jusqu'à 1500m de profondeur dans plus de 150 stations échantillonnées dans les océans majeurs. A l'aide de cette base de données, couplée aux données environnementales (physiques et biogéochimiques), nous avons cherché à évaluer l'intensité du flux particulaire (dérivé de la distribution en taille des particules) et à déterminer les processus biotiques et abiotiques modulant cet export. Dans la première partie de ce travail, une classification réalisée à partir des profils verticaux de flux a permis de mettre en évidence l'importance de la production de surface et la contribution des différentes communautés de phytoplancton (micro-, nano- et pico-phytoplancton) à l'établissement du flux particulaire sous la couche de surface, mais aussi le rôle des processus de transformation dans différentes régions océaniques dans l'atténuation du flux en profondeur. En dehors des régions à dominante oligotrophe où la quantité de matériel particulaire en surface reste extrêmement faible, nous avons constaté que l'atténuation du flux la plus faible correspondait aux "Zones à Minimum d'Oxygène" (OMZ). La deuxième partie de ce travail de thèse s'articule donc autour de l'étude des OMZ afin de comprendre les processus impliqués dans la dynamique du transfert vertical des particules. Sur la base de mesures biogéochimiques réalisées à partir de l'ensemble des capteurs (optique et imagerie), nous avons pu observer que les faibles valeurs d'atténuation de flux (k = 0,35 +/- 0,26) dans l'OMZ étaient en fait le résultat d'une réaugmentation profonde de 5 à 15% de celui-ci. Nous discutons cette réaugmentation comme étant une conséquence de l'activité des communautés mésopélagiques de zooplancton vivant sous la couche suboxique des OMZ (oxycline inférieure) tout en proposant aussi un rôle potentiel des microorganismes anaérobiques sur la dégradation et la modification de la matière organique particulaire en sédimentation dans le coeur de l'OMZ. Enfin, la dernière partie de ce travail se focalise sur la plus intense OMZ, celle de la Mer d'Arabie (Océan Indien). A l'aide d'un modèle de transport Lagrangien, nous avons évalué la possibilité d'un transport particulaire advectif depuis la côte (Golfe Persique) vers le large qui aurait pu contribuer à alimenter en matière organique la couche suboxique de l'OMZ
In the biological pump system, incorporation and sequestration of atmospheric carbon into marine sediment result of carbon fixation at ocean surface, followed by its sinking through the water column in the form of particulate carbon. In the euphotic zone (0-200m), phytoplankton photosynthesis allows carbon fixation into organic particles that are consumed by other heterotrophic organisms. Particulate organic carbon produced directly by phytoplankton (as aggregated particles) or indirectly by organisms (for example as faecal pellets) represent the main vector of carbon export to deep ocean. In this context, efficiency of the biological pump is a function of the settling speed of a particle and only those particles with sufficient mass and size reach the sediment. These considerations permit us to conclude that particles with a diameter greater than 500µm, known as "marine snow", contribute significantly to deep export. During the TARA expedition, the use of a UVP (Underwater Vision Profiler) allowed to establish the size distribution of particles (> 100µm) from the ocean surface to 1500m depth, with more than 150 sampling stations across 3 major oceans. With this database completed by environmental variables, we tried to evaluate intensity of particulate flux and identify biotic and abiotic processes influencing this export. In the first part of this work, a clustering based on flux profiles showed the importance of surface production and contribution of each phytoplanktonic community (pico-, nano- and microphytoplankton) to particulate flux under surface, but also the role of transformation processes in different oceanic regions to flux attenuation. Except in oligotrophic regions where surface particulate stock is very low, we observed that the weakest flux attenuation k = 0,35 +/- 0,26) corresponded to the "Oxygen Minimum Zones" (OMZ). The second part of this work is related to OMZ in order to understand which processes are involved in the dynamics of particulate vertical transfer. On the base of biogeochemical measurements taken by optical and image sensors, we could observe that weak attenuation values in OMZ were in fact the result of a deep increase of 5 to 15% of flux. We discuss this increase as a consequence of zooplankton mesopelagic communities activity living at the lower oxycline of the suboxic layer, but we also proposed a potential influence of anaerobic microorganisms on degradation and modification of the settling organic matter in the suboxic core. The last section of this work focuses on the most intense OMZ, located in the Arabian Sea (Indian Ocean). We used a Lagrangian particle model to evaluate the possibility of advective particulate transport from coastal area (Persian Gulf) to the open ocean, which could supply the OMZ suboxic layer with organic

La pollution des eaux par les nutriments, pesticides et sédiments est un problème majeur dans les bassins versants agricoles. En Bretagne, l'intensification de l'agriculture, avec à la fois l'augmentation de la consommation d'intrants et la disparition des haies et des zones humides entre les parcelles et les cours d'eau, est considérée comme la principale cause de la dégradation de la qualité des eaux. Les travaux menés depuis les années 1970 sur le bocage montrent que localement, le rôle hydrologique et hydrochimique des haies est important. Le premier objectif de cette thèse est d'aborder l'impact du bocage sur les flux d'eau et de nutriments à l'échelle du bassin versant, compatible avec la gestion de la ressource en eau. Le second objectif est d'articuler les connaissances sur les fonctions tampons des haies avec les connaissances sur l'organisation et l'évolution des paysages sous l'effet de dynamiques agricoles. Trois axes ont été développés : un axe conceptuel pour définir le rôle tampon des paysages, un axe empirique de comparaison du rôle tampon à l'exutoire de cinq bassins versants et un axe de modélisation. Ce dernier comprend d'une part l'intégration des résultats locaux sur le fonctionnement hydrique des haies (évapotranspiration) dans un modèle hydrologique spatialisé et d'autre part une démarche de modélisation des paysages à partir de règles de fonctionnement (allocation des usages) et d'évolution des exploitations agricoles (agrandissement, changement de système de production, couplée à deux modèles de description de l'organisation fonctionnelle des réseaux de haies, l'un pour les transferts de surface, l'autre pour les transfert de subsurface.

La pollution des eaux de surface par les nitrates sous la pression de l’intensification des activités agricoles et des rejets urbains et industriels reste encore aujourd’hui une problématique mondiale. La dénitrification est le seul processus d’élimination des nitrates qui se produit majoritairement dans les zones humides et favorise une diminution de la concentration en nitrates depuis les zones agricoles vers les rivières et les fleuves. Le processus de dénitrification nécessite du carbone organique qui peut venir à la fois des sols et de la matière organique produite in-situ dans ces zones humides alluviales ainsi que de la rivière. Les zones humides alluviales sont des zones humides très actives du point de vue de la dénitrification. La dénitrification dans ces zones humides alluviales fluctue dans le temps en fonction du cycle hydrologique et de la disponibilité en carbone organique et en nitrate. Alors que le processus de dénitrification dans les zones humides alluviales est bien connu et détaillé, l’impact de ce processus d’élimination sur les flux exportés aux océans à l’échelle des bassins versants est difficile à appréhender car hautement variable dans le temps et l’espace. De meilleures compréhensions et estimations du rôle de la dénitrification dans les zones humides alluviales au pas de temps journalier sont nécessaires afin de faire ressortir son effet prépondérant dans la régulation des nitrates à l’échelle d'un bassin versant. Ainsi, les objectifs de ce travail sont 1) de mieux comprendre et d’estimer les flux de carbone organique au pas de temps journalier, un des moteurs essentiels de la dénitrification, 2) d’estimer le rôle de la dénitrification dans les zones humides alluviales sur des bassins versants contrastés d’un point de vue de la disponibilité de carbone organique et de nitrate, 3) d’ouvrir vers une généralisation de cette méthode pour quantifier les flux de nitrate aux océans à l'échelle globale et le rôle des zones humides alluviales sur ces derniers. A l'aide de données éparses à travers le monde provenant de différentes bases de données, nous avons pu mettre en évidence des équations simples permettant de simuler les flux de carbone organique transportés par les fleuves. Puis, avec un modèle intégrant les échanges nappes-rivière, adapté du modèle SWAT ainsi que des données de télédétection, nous nous sommes concentrés sur les interactions entre cycles de l'azote et du carbone dans les zones humides alluviales via la dénitrification sur trois bassins versants contrastés : l’Amazone pour les zones tropicales, la Garonne pour les zones tempérées et l’Ienisseï en Sibérie pour les zones froides. Ce travail démontre l’hétérogénéité de la dénitrification à l’échelle de bassins versants contrastés. Nous avons pu démontrer que la dénitrification par les zones humides alluviales s’élève à hauteur de 73,0 kgN/ha/an pour l’Amazone, 4,5 kgN/ha/an pour la Garonne et 0,7 kgN/ha/an pour l’Ienissei. Ainsi, nous pouvons démontrer que les bassins versants pour des conditions pédo-climatiques et d’anthropisation différentes renvoient des dénitrifications très différentes dues à la température ou à la disponibilité des réactifs. Enfin, dans le but de généraliser cette méthode à l’échelle globale, nous avons établi une approche de prédiction des flux de nitrates transportés par les fleuves à l’aide d’une équation simple et de paramètres environnementaux faciles à obtenir afin d’exporter nos résultats sur l’ensemble des fleuves de la planète
Nitrate pollution in surface waters under anthropogenic pressures such as the intensification of the agriculture and the urban and industrial discharges is still a main concern at global scale. Denitrification is the only one process able to remove nitrate from the system. This process is mainly happening in wetlands and induces a reduction of the nitrate concentration to the rivers and coming from agricultural lands. For its functioning, the denitrification process needs organic carbon which partly comes from in-situ organic carbon in soils or in field produced organic matter but also from the river. Alluvial wetlands are really efficient concerning denitrification. The latter fluctuates in time according to the hydrological cycle and to the availability of organic carbon and nitrate. While the process in alluvial wetlands is known and detailed for a long time, the impact of organic carbon availability on nitrate fluxes exported to the oceans at the watershed scale is difficult to estimate as it is highly variable in time and space. Better understanding and estimations of the alluvial wetlands denitrification role at daily time step are required to highlight its main effect on the regulation of nitrate fluxes at the watershed scale. In this way, the objectives of this work are 1) to better understand and estimate the fluxes of organic carbon flowing in rivers at a daily time step, as it is a main reagent in the denitrification process, 2) to estimate the denitrification role in alluvial wetlands on different contrasted watersheds regarding the availability of organic carbon and nitrate, 3) to look towards a generalization of the proposed methods in order to quantify the nitrate fluxes going to the oceans at global scale and the role of the alluvial wetlands on them. Using scarce data from various databases, we have pointed out simple equations allowing the simulations of organic carbon exported by rivers to the oceans. Then, with a model integrating exchanges between the river and the aquifer, adapted from SWAT and with remote sensing data, we have focused on the interactions of nitrogen and organic carbon cycles in alluvial wetlands by denitrification on three contrasted watersheds: the Amazon River for tropical areas, the Garonne River for temperate basins and the Yenisei River for cold zones. This work demonstrates the heterogeneity of denitrification in these three watersheds. We have estimated that the denitrification in alluvial wetlands raises 73.0 ± 6.2 kgN.ha-1.yr-1 for the Amazon River, 4.5 ± 1.4 kgN.ha-1.yr-1 for the Garonne River and 0.7 ± 0.2 kgN.ha-1.yr-1 for the Yenisei River. Hence, we have shown that watersheds with different pedo-climatic conditions or anthropogenic pressures return different denitrification rates due to temperature or to reagents availability. Finally, to generalize this method at global scale, we have proposed an approach to predict nitrate fluxes transported by rivers with a simple equation and easy-to-obtain environmental parameters

L'Etang de Berre se situe dans le Sud-Est de la France. Il est l'exutoire de trois cours d'eau à régime méditerranéen marqué : l'Arc, la Touloubre et la Cadière. Depuis plusieurs décennies, l'Etang de Berre connaît un profond dysfonctionnement. L'approche géomorphologique présentée dans ce travail permet de déterminer une méthode d'évaluation des apports fluviaux de matières en suspension à l'Étang de Berre et le fonctionnement hydrosédimentaire des systèmes fluviaux. Elle s'appuie sur l'identification des zones potentiellement productrices de matériaux, la quantification des flux de MES de l'Arc, de la Touloubre et de la Cadière vers l'Étang de Berre, pendant la période d'observation (septembre 1998-décembre 2000) et l'extension dans le temps (sur la période 1961-2000) des résultats. De 1961-2000, les flux moyens de MES sont de 23102 t/an pour l'Arc, 6715 t/an pour la Touloubre et 3456 t/an pour la Cadière. En moyenne, près de 26 % des MES arrivant dans l'Etang de Berre, ont une origine fluviale par opposition aux apports duranciens.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre des études des phénomènes électromagnétiques dansles régions frontales des grands turbo-générateurs. L’objectif de la thèse est d’estimer apriori le champ magnétique axial en fonction du point de fonctionnement afin d’éviterles possibles dégradations du circuit magnétique (dus aux points chauds et tensions entretôles, qui sont liés à la composante axiale du champ).Une maquette à échelle réelle a été spécialement conçue et réalisée dans le but d’améliorerla compréhension physique des phénomènes : les pertes, la pénétration du champ magnétiqueet les tensions entre tôles sont analysés.Les simulations par éléments finis sont ensuite utilisées : les avantages et inconvénientsseront discutés, ainsi qu’une comparaison critique des résultats par rapport aux mesuresexpérimentales sur la maquette. La région frontale d’un turbo-alternateur est aussi entièrementmodélisée.Enfin, un modèle simple du flux axial est développé. Ses coefficients sont déterminés àl’aide de simulations par éléments finis, mais il peut ensuite être utilisé en temps réel afind’estimer le flux axial correspondant à un point de fonctionnement quelconque
This work aims to improve the knowledge of electromagnetic phenomena that occurin the end region of large turbo-generators. The goal of this work is to evaluate theaxial magnetic flux density with regard to the operating conditions (such as active orreactive power) in order to prevent potential deterioration of the stator. Indeed, the axialmagnetic field is known to induce hot points or voltages between laminations that maycause insulation breakdown and thus stator faults.An experimental apparatus in real scale has been designed and built. Its purpose is tostudy precisely the following phenomena: losses, axial magnetic flux density penetration,voltage across adjacent voltages.Finite element simulations (FEM) are also used: their advantages and drawbacks arediscussed, and the results are compared with the experimental measures. The wholeend-region of a turbo-generator is also simulated.Finally, a simple model of the axial magnetic flux is proposed. Its parameters are basedon the results of the FEM model, but it may be used in real time to evaluate the axialmagnetic flux density of any operating point

L'objectif principal de cette thèse est l'étude de la connexion entre la variabilité dans l'océan Pacifique équatorial et la circulation de subsurface le long des côtes du Pérou et du Chili, à des échelles de temps interannuelles à décennales. Les diagnostiques menés dans ce travail se basent sur un modèle régional océanique. L'accent est mis sur l'interprétation de la propagation verticale de la variabilité dans les couches intermédiaires de l'océan, où l'on trouve une intense zone de minimum d'oxygène (OMZ ; de l'anglais Oxygen Minimum Zone), et la relation de cette propagation verticale avec les processus advectifs et diffusifs. La propagation verticale est diagnostiquée à travers le flux vertical d'énergie associé à la propagation verticale de l'onde de Rossby extratropicale (ETRW; de l'anglais Extra-Tropical Rossby Wave). Aux échelles de temps interannuelles, les résultats montrent que 80% du flux vertical d'énergie dans l'océan Pacifique Sud-Est (SEP ; de l'anglais South-Eastern Pacific) est associé aux événements El Niño extraordinaires. Ce flux d'énergie s'étend vers l'Ouest en suivant les rayons théoriques WKB, avec une pente plus prononcée au fur et à mesure que la latitude augmente. Les analyses du flux d'énergie mettent aussi en évidence l'existence d'une modulation du flux d'énergie interannuel à l'échelle décennale, qui serait liée aux fluctuations décennales et inter-décennales dans le Pacifique équatorial. Une décomposition de la stratification en modes verticaux montre que le flux d'énergie associé à El Niño et aux fluctuations décennales se projette sur les trois premiers modes baroclines, ce qui confirme l'interprétation du flux d'énergie comme la propagation de l'onde de Rossby. Des tests de sensibilité menés avec un modèle linéaire ajusté aux conditions de la simulation montrent que la propagation d'énergie verticale pendant les événements El Niño est aussi impactée par la contribution des modes baroclines supérieurs. La variabilité méridienne/verticale du flux d'énergie vertical met en évidence une atténuation de l'amplitude le long de la trajectoire de l'onde, ce qui est interprété comme un flux diffusif de chaleur induit par la dissipation de l'onde. La variabilité de subsurface de la circulation à l'échelle saisonnière est aussi étudiée dans cette région à travers la ventilation de l'OMZ. Les résultats montrent que la variabilité saisonnière de l'OMZ en dessous de 400 m de profondeur possède des caractéristiques de propagation similaires à celles du flux d'énergie associé à l'ETRW annuelle, ce qui indique que l'ETRWpourrait influencer la variabilité de l'OMZ profonde, du moins à l'échelle saisonnière. Au-dessus de 400 m de profondeur, le processus dominant qui influence la ventilation de l'OMZ à l'échelle saisonnière est le transport d'oxygène par les tourbillons de méso-échelle. Dans ce travail, nous mettons en évidence la nature complexe de la variabilité de la circulation de subsurface dans le SEP. Nous montrons en particulier la connexion entre la circulation sous la thermocline extratropicale et les modes climatiques de variabilité du Pacifique équatorial
The oceanic circulation in the subthermocline of the South Eastern Pacific remains poorly documented although this region is thought to play a key role in the climate variability owed to, in particular, the presence of an extended oxygen minimum zone (OMZ) that intervenes in the carbon and nitrogen cycle. The subthermocline in this region is also largely unmonitored and historical estimates of ocean heat content are mostly limited to the upper 500 m. In this thesis we document various oceanic processes at work in the subthermocline based on a regional modeling approach that is designed to take in account the efficient oceanic teleconnection from the equatorial region to the mid-latitudes, in particular at ENSO (El Niño Southern Oscillation) timescales. The focus is on two aspects: (1) the seasonality of the turbulent flow and its role in modulating the OMZ volume off Peru, and (2) the planetary wave fluxes associated with interannual to decadal timescales. It is first shown that the vertical energy flux at interannual timescales can be interpreted as resulting from the vertical propagation of extra-tropical Rossby waves remotely forced from the equatorial region. This flux primarily results from extreme Eastern Pacific El Niño events, despite that a significant fraction of interannual Sea Surface Temperature (SST) variability in the tropical Pacific is also associated with Central Pacific El Niño events and La Niña events. Vertically propagating energy flux at decadal timescales is also evidenced in the model, which, like for the interannual flux, is marginally impacted by mesoscale activity. On the other hand, the wave energy beams experience a marked dissipation in the deep-ocean ( 2000 m) which is interpreted as resulting from vertical diffusivity. While the oxygen field within the OMZ appears to be influenced by the vertical propagation of isopycnals height anomalies, induced by the seasonal Rossby waves, the seasonality of the OMZ is shown to be dominantly associated with the seasonal change in the eddy flux at its boundaries. Implications of the results for the study of both the low-frequency variability of the OMZ and the Earth's energy budget are discussed

Les tourbières holocènes des marais du Cotentin reposent sur des bassins sédimentaires sableux aquifères (K = 10-3 – 10-4 m.s-1) dont l'exploitation AEP crée des conditions hydrogéologiques variables dans le temps et dans l'espace sur un site donné. Deux années de suivi hydrogéologique et hydrochimique, ainsi qu'une modélisation hydrogéologique du fonctionnement de la zone humide ont permis de montrer que :
- Le fonctionnement hydrologique de la tourbière est contrôlé par celui de l'aquifère des sables et l'existence même de la tourbière est directement liée à sa présence ;
- Les conditions hydrologiques influencent directement la variabilité spatio-temporelle des conditions redox du milieu et donc les réactions biogéochimiques mises en jeu dans la tourbière ;
- La modélisation de la zone humide a mis en évidence la sensibilité et la vulnérabilité de ces écosystèmes à la pression anthropique (pompage) et/ou l'évolution globale du climat.

Les réseaux de transport multimodaux modernes sont essentiels pour la durabilité écologique et l’aisance économique des agglomérations urbaines, par conséquent aussi pour la qualité de vie de leurs habitants. D’ailleurs, le bon fonctionnement sur le plan de la compatibilité entre les différents services et lignes est essentiel pour leur acceptation, étant donné que (i) la plupart des trajets nécessitent des changements entre les lignes et que (ii) des investissements coûteux, dans le but de créer des liens plus directs avec la construction de nouvelles lignes ou l’extension de lignes existantes, ne sont pas à débattre. Une meilleure compréhension des interactions entre les modes et les lignes dans le contexte des transferts de passagers est ainsi d’une importance cruciale. Toutefois, comprendre ces transferts est singulièrement difficile dans le cas de situations inhabituelles comme des incidents de passagers et/ou si la demande dévie des plans statistiques à long terme. Ici le développement et l’intégration de modèles mathématiques sophistiqués peuvent remédier à ces inconvénients. À ce propos, la supervision via des modèles prévoyants représente un champ d’application très prometteur, analysée ici. La supervision selon des modèles prévoyants peut prendre différentes formes. Dans le présent travail, nous nous intéressons à l’analyse de l’impact basé sur des modèles de différentes actions, comme des départs en retard de certains véhicules après un arrêt, appliqué sur le fonctionnement du réseau de transport et sa gestion de situations de stress qui ne font pas partie des données statistiques. C’est pourquoi nous introduisons un nouveau modèle, un automate hybride avec une dynamique probabiliste, et nous montrons comment ce modèle profondément mathématique peut prédire le nombre de passagers dans et l’état de fonctionnement du véhicule en question du réseau de transport, d’abord par de simples estimations du nombre de tous les passagers et la connaissance exacte de l’état du véhicule au moment de l’incident. Ce nouvel automate réunit sous un même regard les passagers demandeurs de services de transport à parcours fixes ainsi que les véhicules capables de les assurer. Il prend en compte la capacité maximale et le fait que les passagers n’empruntent pas nécessairement des chemins efficaces, dont la représentation sous la forme d’une fonction de coût facilement compréhensible devient nécessaire. Chaque passager possède son propre profil de voyage qui définit un chemin fixe dans l’infrastructure du réseau de transport, et une préférence pour les différents services de transport sur son chemin. Les mouvements de véhicules sont inclus dans la dynamique du modèle, ce qui est essentiel pour l’analyse de l’impact de chaque action liée aux mouvements de véhicule. De surcroît, notre modèle prend en compte l’incertitude qui résulte du nombre inconnu de passagers au début et de passagers arrivant au fur et à mesure. Comparé aux modèles classiques d’automates hybrides, notre approche inspirée du style des réseaux de Pétri ne requiert pas le calcul de ces équations différentielles à la main. Ces systèmes peuvent être dérivés de la représentation essentiellement graphique d’une manière automatique pour le calcul en temps discret d’une prévision. Cette propriété de notre modèle réduit le risque de précisions faites par des humains et les erreurs qui en résulteraient. Après avoir introduit notre nouveau modèle, nous développons dans ce rapport également quelques éléments constitutifs sous la forme d'algorithmes qui visent les deux types d'impasses qui sont probables d'occurir pendant la simulation faisant un pronostic, c-à-d l'intégration numérique des systèmes de haute dimension d'équations différentielles et l'explosion combinatoire de son état discret. En plus, nous prouvons la faisabilité des calculs et nous montrons les bénéfices prospectifs de notre approche dans la forme de quelques tests simplistes et quelques cas plus réalistes
Without any doubt, modern multimodal transportation systems are vital to the ecological sustainability and the economic prosperity of urban agglomerations, and in doing so to the quality of life of their many inhabitants. Moreover it is known that a well-functioning interoperability of the different modes and lines in such networked systems is key to their acceptance given the fact that (i) many if not most trips between different origin/destination pairs require transfers, and (ii) costly infrastructure investments targeting the creation of more direct links through the construction of new or the extension of existing lines are not open to debate. Thus, a better understanding of how the different modes and lines in these systems interact through passenger transfers is of utmost importance. However, acquiring this understanding is particularly tricky in degraded situations where some or all transportation services cannot be provided as planned due to e.g. some passenger incident, and/or where the demand for these scheduled services deviates from any statistical long term-plannings. Here, the development for and integration of sophisticated mathematical models into the operation of such systems may provide remedy, where model-predictive supervision seems to be one very promising area of application which we consider here. Model-predictive supervision can take several forms. In this work, we focus on the model-based impact analysis of different actions, such as the delayed departure of some vehicle from a stop, applied to the operation of the considered transportation system upon some downgrading situation occurs which lacks statistical data. For this purpose, we introduce a new stochastic hybrid automaton model, and show how this mathematically profound model can be used to forecast the passenger numbers in and the vehicle operational state of this transportation system starting from estimations of all passenger numbers and an exact knowledge of the vehicle operational state at the time of the incident occurrence. Our new automaton model brings under the same roof, all passengers who demand fixed-route transportation services, and all vehicles which provide them. It explicitly accounts for all capacity-limits and the fact that passengers do not necessarily follow efficient paths which must be mapped to some simple to understand cost function. Instead, every passenger has a trip profile which defines a fixed route in the infrastructure of the transportation system, and a preference for the different transportation services along this route. Moreover, our model does not abstract away from all vehicle movements but explicitly includes them in its dynamics, which latter property is crucial to the impact analysis of any vehicle movement-related action. In addition our model accounts for uncertainty; resulting from unknown initial passenger numbers and unknown passenger arrival flows. Compared to classical modelling approaches for hybrid automata, our Petri net-styled approach does not require the end user to specify our model's many differential equations systems by hand. Instead, all these systems can be derived from the model's predominantly graphical specification in a fully automated manner for the discrete time computation of any forecast. This latter property of our model in turn reduces the risk of man-made specification and thus forecasting errors. Besides introducing our new model, we also develop in this report some algorithmic bricks which target two major bottlenecks which are likely to occur during its forecast-producing simulation, namely the numerical integration of the many high-dimensional systems of stochastic differential equations and the combinatorial explosion of its discrete state. Moreover, we proof the computational feasibility and show the prospective benefits of our approach in form of some simplistic test- and some more realistic use case

Dans un contexte environnemental anthropisé, fragmenté et soumis à un changement climatique rapide, l’appréhension des processus d'adaptation locale des organismes marins par l'étude de zones de contact entre taxa proches constitue une approche privilégiée. Dans ces zones, des génotypes hybrides persistent malgré un état de maladaptation liée à des incompatibilités génétiques endogènes et/ou des barrières exogènes. L'histoire biogéographique complexe de la telline baltique Macoma balthica fait émerger quatre zones hybrides européennes, dont l'une, localisée autour de la Pointe Finistère (France), est le résultat d’un contact entre deux stocks génétiques ayant divergé en allopatrie. Ces divergences sont susceptibles de rompre la coadaptation entre génomes nucléaire et mitochondrial en raison de l'émergence d'incompatibilités mitonucléaires (MNIs). Ainsi, les sous-unités protéiques des cinq complexes de la chaine OXPHO sont codées à la fois par des gènes nucléaires et mitochondriaux, et une coévolution inter-génomique étroite est requise pour maintenir la production énergétique cellulaire. De précédentes données de transcriptomique dévoilent de probables MNIs chez M. balthica au niveau des complexes respiratoires I et V. Afin d’apporter des éléments de compréhension aux mécanismes de maintien des zones hybrides dans un contexte de pression anthropique, le présent travail se propose de tester l'hypothèse de putatives MNIs dans cette zone de contact. Pour cela, (i) six mitogénomes correspondant à cinq lignées haplotypiques divergentes en Europe ont été séquencés et l'architecture génomique a été étudiée conjointement à une cartographie des mutations des 13 gènes mitochondriaux, (ii) le niveau de transcription de 5 gènes nucléaires et 8 gènes mitochondriaux (complexe I à V) des individus hybrides a été comparé à celui des lignées parentales après détermination du statut d'hybridation de chaque individu (six populations françaises). A défaut d'apporter des éléments de réponses concrets quant à l'existence de MNIs chez M. balthica, et ses répercussions évolutives en terme de dépression d'hybridation, ce travail constitue un tremplin vers une étude approfondie de la zone hybride française en développant de nouveaux outils moléculaires, et de solides techniques expérimentales pour la conduite de futurs croisements artificiels
In the anthropized, fragmented environmental context subject to rapid climate change, understand local adaptation processes of marine organisms by studying the contact zones between close taxa is a preferred approach. In these areas, hybrid genotypes persist despite a maladaptive state related to endogenous genetic incompatibilities and/or exogenous barrier. The complex biogeographic history of the Baltic tellin Macoma balthica leads to emergence of several European hybrid zones, one of which, located around the Pointe Finistère (France), is the result of the confluence of two genetic stocks that have diverged in allopatric. These divergences may have lead to the co-adaptation breakdown between nuclear and mitochondrial genomes due to the emergence of mito-nuclear incompatibilities (MNIs). Thus, the different protein subunits of the five OXPHO chain complexes are encoded by both nuclear and mitochondrial genes, and a tight inter-genomic coevolution is required to maintain the cellular energy production. Recent transcriptomic data unveil the existence of underlying MNIs in M. balthica, bearing by the respiratory complexes I and V. In order to provide some understanding clues of mechanisms in hybrid zone's maintenance in the context of human pressure, the present work aims to test the assumption of putative MNIs in this area. For this purpose, (i) six mitogenomes corresponding to five divergent haplotype lineages in Europe were sequenced and the genomic architecture has been studied jointly to a mapping mutation of the 13 mitochondrial genes, (ii) the level of transcription of 5 nuclear and 8 mitochondrial genes (complex I to V) of hybrid individuals was compared to the parental lineages after identification of the hybrid status of each individual (six french populations). For the lack of bringing concrete answers concerning the existence of MNIs in M. balthica, and its evolutionary effects in term of hybrid breakdown, this work is a springboard for a comprehensive study of the French hybrid zone by developing new molecular tools, and stable experimental technics for the realisation of future artificial crosses

Two-thirds of submarine volcanism in the Earth's ocean basins is manifested along mid-ocean ridges and the remaining one-third is revealed along intraoceanic arcs and seamounts. Hydrothermal systems and the circulation patterns associated with these volcanic settings remove heat from the solid Earth into the deep ocean. Hydrothermal circulation continues to remove and redistribute heat in the crust as it ages. The heat and mass fluxes added to the deep ocean influence mixing in the abyssal ocean thereby affecting global thermohaline circulation. In addition to removing heat, hydrothermal processes extract chemical components from the oceanic and carry it to the surface of the ocean floor, while also removing certain elements from seawater. The resulting geochemical cycling has ramifications on the localized mineral deposits and also the biota that utilize these chemical fluxes as nutrients. In this dissertation, I analyze observed conductive heat flow measurements in the Panama Basin and borehole thermal measurements in Brothers Volcano and use mathematical models to estimate advective heat and mass fluxes, and crustal permeability. In the first manuscript, I use a well-mixed aquifer model to explain the heat transport in a sediment pond in the inactive part of the Ecuador Fracture Zone. This model yields mass fluxes and permeabilities similar to estimates at young upper oceanic crust suggesting vigorous convection beneath the sediment layer. In the second manuscript, I analyze the conductive heat flow measurements made in oceanic between 1.5 and 5.7 Ma on the southern flank of the Costa Rica Rift. These data show a mean conductive heat deficit of 70%, and this deficit is explained by various hydrothermal advective transport mechanisms, including outcrop to outcrop circulation, transport through faults, and redistribution of heat by flow of hydrothermal fluids in the basement. In the third manuscript, I analyze the borehole temperature logs for two sites representative of recharge and discharge areas of hydrothermal systems in the Brothers Volcano. I develop upflow and downflow models for fluids in the borehole and formation resulting in estimated of flow rates and permeabilities. All three independent research works are connected by the common thread of utilizing relatively simple mathematical concepts to get new insights into hydrothermal processes in oceanic crust.
PHD

Ce travail de thèse porte sur l'indexation, normalisée par MPEG7, de séquences vidéos. A partir d'un flux MPEG1-2, ou de tout autre codec basé sur la prédiction de mouvement et la DCT, sans totalement le décompresser, nous exploitons l'analyse effectuée lors du codage. Ainsi de façon non-supervisée et en quasi temps réel, nous proposons une méthode d'estimation du mouvement de la caméra ainsi que d'extraction des objets en déplacement. Pour l'estimation du mouvement de la caméra, nous utilisons les vecteurs de prédiction temporelle présents dans le flux. L'étude des images d'erreur nous permet d'en évaluer la pertinence. Pour la détection des objets en mouvement, nous segmentons tout d'abord la séquence en zones de couleur uniforme directement sur les coefficients DCT. Nous établissons une distance colorimétrique, non seulement entre deux pixels voisins d'une image, mais aussi entre deux images successives, ce qui définit une zone en trois dimensions. Afin de segmenter plus précisément et de régulariser les contours sur chaque image, nous utilisons les B-Splines. Chaque objet candidat est déformé par la présence de tous ses voisins à partir d'un potentiel de couleur, ce qui, itérativement, permet d'éliminer les zones trop réduites. En combinant le mouvement de la caméra, les vecteurs de prédiction et les zones de couleur 2D+t, nous réalisons une fusion adaptative de façon à obtenir une bonne représentation des objets.

Cette thèse a pour objectif la reconstruction des concentrations de méthane (CH4) atmosphérique à partir des signaux bruts (tension électrique) de capteurs d'oxyde de métal (MOS) à bas coût afin de surveiller les émissions de CH4 sur des sites industriels. Notre stratégie se base essentiellement sur la colocalisation des mesures des capteurs à bas coût avec des instruments de référence de haute précision. Les données de concentration de CH4 des instruments de haute précision sont utilisées comme variable cible pour être reconstruites à partir des mesures brutes de tension électrique issue des capteurs MOS et d'autres prédicteurs. La reconstruction est accomplie avec des modèles d'apprentissage automatique et paramétriques. Il est appliqué aux problèmes très complexes dont la reconstruction des : 1) faibles variations de CH4 dans l'air ambiant du laboratoire, 2) variations rapides et de grandes amplitudes de CH4 sous forme de pics générés artificiellement sur un bac d'essai en laboratoire reproduisant des signaux typiquement observés lors de fuites réelles sur le terrain, et 3) variations rapides et de grandes amplitudes de CH4 mesurées sur le terrain durant une expérience de largage contrôlé de CH4 dans l'atmosphère. La première expérience de laboratoire a révélé une forte influence de la vapeur d'eau sur les mesures des capteurs MOS, ainsi que les bonnes performances du modèle de perceptron multicouches (MLP) pour reconstruire le signal CH4 à partir du signal brut du capteur (Chapitre 2). Les résultats de la deuxième expérience (Chapitre 3) ont montré l'importance du choix du type de capteur pour reconstruire le signal de concentration CH4 avec une précision de 1 ppm (RMSE). Nous avons ainsi mis en avant que les capteurs TGS 2611-C00 ont permis une reconstruction plus précise des pics de CH4 que les capteurs TGS 2611-E00. Une stratégie parcimonieuse d'apprentissage du modèle nous a permis de restreindre l'ensemble des données nécessaires à l'apprentissage de 70% à 25% des données totales sans dégradation des performances pour la reconstruction de pics de CH4. Les performances sur les estimations des flux d'émissions de CH4 lors des largages contrôlés dans l'atmosphère en utilisant les concentrations de CH4 reconstruites à partir des mesures issus des capteurs MOS et une inversion avec un modèle gaussien (Chapitre 4) ont été similaires à celles obtenues à partir des données des instruments de référence à haute précision, avec une erreur moyenne d'estimation des flux d'émission de 25% sur 11 largages et une erreur moyenne de localisation des sources d'émission de 9.5 m. Les résultats de cette thèse constituent une base pour explorer les techniques avancées d'apprentissage automatique pour la reconstruction du signal de concentrations de CH4 à partir du signal brut des capteurs MOS et étudier les informations requises par les modèles d'inversion afin d'offrir les meilleures estimations des flux d'émission et localisation des fuites de CH4
This PhD aims at reconstructing atmospheric CH4 concentrations from voltage signals recorded by low-cost Metal Oxide Sensors (MOS) for the purpose of monitoring CH4 leaks from an industrial facility. Our strategy is based on the collocation of measurements by low-cost sensors and expensive very high accuracy instruments. The CH4 concentrations data from the high accuracy reference instrument are then used as a target variable to be reconstructed using MOS voltage and other predictors. The reconstruction is performed with both machine learning models and parametric models. It is applied to increasingly complex problems, including the reconstruction of: 1) smooth variations of ambient room air CH4 in a laboratory, 2) fast and large variations of CH4 during concentration spikes generated on a test bench in a laboratory with a typical signature similar to that observed for real world leaks, and 3) fast and large variations of CH4 observed in the field during a dedicated controlled release experiment. The first laboratory experiments revealed a high influence of H2O in MOS sensors, and the reconstruction with a Multilayer perceptron model showed good agreement between the references and the reconstructed room air concentrations (Chapter 2). The results of the second experiment (Chapter 3) showed the importance of the selection of the sensor's type in order to produce reconstructions of CH4 concentration with a 1 ppm accuracy (RMSE). We also discovered that the TGS 2611-C00 sensors provided a more accurate reconstruction of CH4 spikes than the TGS 2611-E00 ones. A parsimonious model training strategy allowed us to restrict the training set from 70% to 25% of the data without a degradation in the reconstruction of the CH4 spikes. Emission of controlled releases from reconstructed CH4 concentrations measured by MOS sensors and the inversion of a Gaussian atmospheric model (Chapter 4) were similar to those inverted from high accuracy reference data, with an average emission rate estimation error of 25% over 11 controlled releases and a location error of 9.5 m. The results of this PhD are the basis to explore advanced techniques based on machine learning to produce accurate estimates of CH4 concentrations, and study the information required by inversion modelling that produced best estimates of the emission rate and location of CH4 leaks

Dans le contexte des environnements urbains modernes et densément peuplés, la gestion efficace des transports et la structure des Systèmes de Transport Intelligents (STI) sont primordiales. Le secteur des transports publics connaît actuellement une expansion et une transformation significatives dans le but d'améliorer l'accessibilité, d'accommoder des volumes de passagers plus importants sans compromettre la qualité des déplacements, et d'adopter des pratiques respectueuses de l'environnement et durables. Les avancées technologiques, notamment dans l'Intelligence Artificielle (IA), l'Analyse de Données Massives (BDA), et les Capteurs Avancés (CA), ont joué un rôle essentiel dans la réalisation de ces objectifs et ont contribué au développement, à l'amélioration et à l'expansion des Systèmes de Transport Intelligents. Cette thèse aborde deux défis critiques dans le domaine des villes intelligentes, se concentrant spécifiquement sur l'identification des modes de transport utilisés par les citoyens à un moment donné et sur l'estimation et la prédiction du flux de transport au sein de divers systèmes de transport. Dans le contexte du premier défi, deux approches distinctes ont été développées pour la Détection des Modes de Transport. Tout d'abord, une approche d'apprentissage approfondi pour l'identification de huit médias de transport est proposée, utilisant des données de capteurs multimodaux collectées à partir des smartphones des utilisateurs. Cette approche est basée sur un réseau Long Short-Term Memory (LSTM) et une optimisation bayésienne des paramètres du modèle. À travers une évaluation expérimentale approfondie, l'approche proposée démontre des taux de reconnaissance remarquablement élevés par rapport à diverses approches d'apprentissage automatique, y compris des méthodes de pointe. La thèse aborde également des problèmes liés à la corrélation des caractéristiques et à l'impact de la réduction de la dimensionnalité. La deuxième approche implique un modèle basé sur un transformateur pour la détection des modes de transport appelé TMD-BERT. Ce modèle traite l'ensemble de la séquence de données, comprend l'importance de chaque partie de la séquence d'entrée, et attribue des poids en conséquence en utilisant des mécanismes d'attention pour saisir les dépendances globales dans la séquence. Les évaluations expérimentales mettent en évidence les performances exceptionnelles du modèle par rapport aux méthodes de pointe, soulignant sa haute précision de prédiction. Pour relever le défi de l'estimation du flux de transport, un Réseau Convolutif Temporel et Spatial (ST-GCN) est proposé. Ce réseau apprend à la fois des données spatiales du réseau de stations et des séries temporelles des changements de mobilité historiques pour prédire le flux de métro urbain et le partage de vélos à un moment futur. Le modèle combine des Réseaux Convolutifs Graphiques (GCN) et des Réseaux Long Short-Term Memory (LSTM) pour améliorer la précision de l'estimation. Des expériences approfondies menées sur des ensembles de données du monde réel du système de métro de Hangzhou et du système de partage de vélos de la ville de New York valident l'efficacité du modèle proposé, démontrant sa capacité à identifier des corrélations spatiales dynamiques entre les stations et à faire des prévisions précises à long terme
In the context of modern, densely populated urban environments, the effective management of transportation and the structure of Intelligent Transportation Systems (ITSs) are paramount. The public transportation sector is currently undergoing a significant expansion and transformation with the objective of enhancing accessibility, accommodating larger passenger volumes without compromising travel quality, and embracing environmentally conscious and sustainable practices. Technological advancements, particularly in Artificial Intelligence (AI), Big Data Analytics (BDA), and Advanced Sensors (AS), have played a pivotal role in achieving these goals and contributing to the development, enhancement, and expansion of Intelligent Transportation Systems. This thesis addresses two critical challenges within the realm of smart cities, specifically focusing on the identification of transportation modes utilized by citizens at any given moment and the estimation and prediction of transportation flow within diverse transportation systems. In the context of the first challenge, two distinct approaches have been developed for Transportation Mode Detection. Firstly, a deep learning approach for the identification of eight transportation media is proposed, utilizing multimodal sensor data collected from user smartphones. This approach is based on a Long Short-Term Memory (LSTM) network and Bayesian optimization of model’s parameters. Through extensive experimental evaluation, the proposed approach demonstrates remarkably high recognition rates compared to a variety of machine learning approaches, including state-of-the-art methods. The thesis also delves into issues related to feature correlation and the impact of dimensionality reduction. The second approach involves a transformer-based model for transportation mode detection named TMD-BERT. This model processes the entire sequence of data, comprehends the importance of each part of the input sequence, and assigns weights accordingly using attention mechanisms to grasp global dependencies in the sequence. Experimental evaluations showcase the model's exceptional performance compared to state-of-the-art methods, highlighting its high prediction accuracy. In addressing the challenge of transportation flow estimation, a Spatial-Temporal Graph Convolutional Recurrent Network is proposed. This network learns from both the spatial stations network data and time-series of historical mobility changes to predict urban metro and bike sharing flow at a future time. The model combines Graph Convolutional Networks (GCN) and Long Short-Term Memory (LSTM) Networks to enhance estimation accuracy. Extensive experiments conducted on real-world datasets from the Hangzhou metro system and the NY City bike sharing system validate the effectiveness of the proposed model, showcasing its ability to identify dynamic spatial correlations between stations and make accurate long-term forecasts

La congestion en milieu urbain est un enjeu majeur que ce soit d’un point vue économique, social ou environnemental. À court et moyen terme, l’utilisation de la simulation dynamique du trafic routier peut permettre d’analyser et de guider des politiques d’optimisation des infrastructures existantes. Aujourd’hui, du fait de la complexité des systèmes de transport, les outils de modélisation classiques sont limités à des échelles géographiques peu étendues (de l’ordre du quartier). À grande échelle, le temps de calcul devient rapidement un facteur limitant tout comme le calibrage et la scénarisation. Néanmoins les dernières décennies ont vu l’apparition d’une nouvelle génération de modèles bien adaptés aux métropoles urbaines. Ceux-ci sont basés sur une relation phénoménologique entre la production de déplacements et le nombre de véhicules dans une zone spatiale d’un réseau routier, appelée Diagramme Fondamental de Zone (Macroscopic Fundamental Diagram, MFD). Cette relation, validée empiriquement sur de nombreuses villes, a permis d’étudier différentes méthodes de contrôle du trafic pour une ville entière, mais a été peu utilisée à des fins de prévision de la congestion. L’objectif de cette thèse est de proposer un premier outil opérationnel de simulation et d’analyse des grands réseaux de métropoles, en utilisant et développant les modèles de trafic basés sur la relation MFD. Cet outil doit posséder un cadre théorique cohérent qui puisse convenir à des applications telles que la prévision d’états de trafic, le développement de nouvelles politiques de contrôle, l’estimation de pollutions liées au trafic, etc. Les contributions de la thèse portent sur deux aspects. Le premier est l’analyse des propriétés mathématiques et physiques des modèles existants, en incluant une formalisation complète de la gestion de plusieurs longueurs de parcours au sein d’une même zone urbaine. En particulier, cette formalisation traite de la distinction des trajets internes à la zone et des problèmes de flux convergents et divergents pour les trajets traversant la zone lorsque la congestion se propage d’une zone à l’autre. Le deuxième aspect est la proposition d’un nouveau modèle basé sur la distance individuelle parcourue à l’intérieur d’une zone urbaine (trip-based). Cette approche permet d’individualiser les usagers (auparavant représentés sous forme de flux continus) et donc de définir plus finement leurs caractéristiques, en vue de coupler leurs déplacements à des modèles d’affectations sur différentes routes. Enfin, des exemples d’application illustrant diverses collaborations sont donnés en dernière partie de la thèse. La simulation du trafic sur l’aire urbaine du Grand Lyon (France) y est présentée, ainsi que de nouveaux modules de modélisation de la recherche de parking ou de contrôle périphérique. Cette thèse est partie intégrante d’un projet européen ERC intitulé MAGnUM : Approche multi-échelle et multimodale de la modélisation du trafic pour une gestion durable de la mobilité urbaine
Congestion in urban areas has become a major issue in terms of economic, social or environmental impact. For short or mid term, using dynamic road traffic simulation can help analyzing and providing guidelines to optimization policies of existing infrastructures. Today, because of the complexity of transport systems, classical modeling tools are limited to small geographical areas (of a district size). Computational time, together with simulation calibration, are notably very constraining at large scales. However, a new generation of models designed for metropolitan areas has arisen over the past decades. These models are based on a phenomenological relationship between travel production and the number of vehicles in a given spatial area of a road network, known as the Macroscopic Fundamental Diagram (MFD). This relationship, supported by empirical evidences from several cities around the world, has allowed the study of different traffic control schemes at a whole city scale, but was rarely used for traffic state forecasting. The aim of this PhD is to propose an efficient modeling tool, based upon the concept of MFD, to simulate and analyze traffic states in large metropolitan areas. The theoretical framework of this tool must be consistent and applicable for traffic state forecasting, development of new control policies, traffic emission estimation, etc. There are two major contributions in this PhD. The first one is analyzing the mathematical and physical properties of existing models, and formalizing the dynamics of several trip lengths inside the same urban zone. In particular, this formalization distinguishes between internal trips and trips crossing the zone. Flow merging and diverging issues are also addressed when congestion propagates from one zone to another. The second contribution is proposing a new trip-based model based on individual traveled distance. This approach allows to treat users independently (previously represented with continuous flows), and thus to define their characteristics more precisely to couple their trips with assignment models on different paths. Finally, examples of application from various collaborations are given in the last part of this thesis. It includes a simulation study of the Grand Lyon urban area (France), as well as new modules to simulate search-for-parking or perimeter control. This PhD is part of a European ERC project entitled MAGnUM: Multiscale and Multimodal Traffic Modeling Approach for Sustainable Management of Urban Mobility

L'étage Valanginien est caractérisé dans le registre sédimentaire par une excursion positive des isotopes du carbone (amplitude 1,5-2‰), appelée " Episode Weissert ". Cet événement coïncide avec des changements paléoenvironnementaux et paléoclimatiques majeurs. La formation de la province volcanique ignée du Paraná-Etendeka a été proposée comme principal facteur forçant contrôlant ces changements. Cependant, de récentes études démontrent que l'Episode Weissert précède systématiquement l'activité volcanique. Ainsi, les facteurs déclenchant qui contrôlent ces changements sont encore source de débat. Dans cette étude des analyses cyclostratigraphique, biostratigraphique, minéralogique et géochimique ont été réalisés sur des sites de moyennes et hautes latitudes (coupes d'Orpierre et de La Charce/Arnayon dans le Bassin Vocontien, site 765C dans la plaine abyssale Argo) dans le but (i) d'explorer la dynamique des changements paléoenvironnementaux à l'échelle locale versus globale et (ii) de discuter des possibles facteurs forçant contrôlant l'épisode Weissert. Les processus diagénétiques et sédimentologiques locaux, qui pouvaient modifier le signal paléoclimatique, ont été discuté avant des interprétations paléoenvironnementales. La calibration astronomique de l'épisode Weissert, réalisée sur la coupe d'Orpierre, a permis pour la première fois le calcul de flux détritiques et de nutriments dans le Bassin Vocontien. Ces résultats indiquent de rapides changements climatiques aux moyennes latitudes, marqués par des conditions plus humides pendant l'Episode Weissert et des conditions plus sèches au Valanginien supérieur. En parallèle de nouvelles données géochimiques et minéralogiques, réalisés sur le site ODP 765C, ont été intégrées à une compilation globale de données géochimique et minéralogique sur 23 coupes répartie dans cinq grands environnements. Trois ceintures climatiques latitudinales majeures ont été identifié durant le Valanginien : (i) une ceinture aride dans l'océan proto Nord Atlantique (~15-17°N), (ii) une ceinture climatique subtropical dans la marge NW téthysienne (~25-30°N), et (iii) une ceinture climatique chaude et tempéré aux sites de hautes latitudes (~53°S et ~40 à ~70°N). Il apparaît que durant cette période, des facteurs orbitaux et tectoniques peuvent avoir contrôlé la distribution de ces ceintures et les principaux changements durant l'Episode Weissert.

Quantifying carbon fluxes and pools of forest ecosystems is an active research area in global climate study, particularly in the currently and projected increasing atmospheric carbon dioxide concentration environment. Forest carbon dynamics are closely linked to the water cycle through plant stomata which are regulated by environmental conditions associated with atmospheric and soil humidity, air temperature and light. Thus, it is imperative to study both carbon and water fluxes of a forest ecosystem to be able to assess the impact of environmental changes, including those resulting from climate change, on global carbon and hydrologic cycles. However, challenges hampering such global study lie in the spatial heterogeneity of and the temporal variability of fluxes in forests around the globe. Moreover, continuous, long-term monitoring and measurements of fluxes are not feasible at global forest scale. Therefore, the need to quantify carbon and water fluxes and to identify key variables controlling them at multiple stands and time scales is growing. Such analyses will benefit the upscaling of stand-level observations to large- or global-scale modelling approaches.

I performed a series of studies investigating carbon and water fluxes in pine forests of various site characteristics, conditions and latitudinal locations. The common techniques used in these studies largely involved sap flux sensors to measure tree-level water flow which is scaled up to stand-level transpiration and a process-based model which calculates canopy light absorption and carbon assimilation constrained by the sap-flux beased canopy stomatal conductance (called Canopy Conductance Constrained Carbon Assimilation or 4C-A model). I collected and analyzed sap flux data from pine forests of two major species: Pinus taeda in temperate (36 °N) and Pinus sylvestris in boreal (64 °N) climatic zones. These forests were of different stage-related canopy leaf area and some were under treatments for elevated atmospheric CO2 concentration or fertilization.

I found that (Chapter 2) the 17-year long free-air CO2 enrichment (FACE) had little effect on canopy transpiration of a mixed forest with the dominant P. taeda and other broadleaved species as the understory in North Carolina, USA (Duke FACE). The result was due to the compensation of elevated [CO2]-induced increase of canopy leaf area for the reduction of mean canopy stomatal conductance. My next theoretical study (Chapter 3), comparing P. taeda (native at 36 °N in North Carolina), P. sylvestris (native at 64 °N in norther Sweden) and Pinus contorta (native at 58 °N in British Columbia, Canada) canopies, revealed that the interaction between crown architecture and solar elevation associated with site latitude of pine canopies affected the distribution and total amount of canopy light absorption and potentially photosynthesis such that the latitudinally prescribed needle organization of a pine canopy is optimal for light interception and survival in its native location. Then, I quantified and analyzed water fluxes in four pine forests: one composed of P. taeda in North Carolina and three containing P. sylvestris in northern Sweden (Chapter 4). The latter forests consisted of various stage-related canopy leaf area and nutrient status. Combining my estimates with other published results from forests of various types and latitudinal locations, I derived an approach to estimate daily canopy transpiration during the growing season based on a few environmental variables including atmospheric and soil humidity and canopy leaf area. Moreover, based on a water budget analysis, I discovered that the intra-annual variation of precipitation in a forest has a small effect on evapotranspiration and primarily affecting outflow; however, variation of precipitation across latitudes proportionally influences anuual evapotranspiration and outflow. Furthermore, the hydrologic analyses implied the `disequilibrium' of forest water cycling during the growing season when forests may use less and more water in dry and wet regions, respectively, than the incoming precipitation. Nevertherless, at annual timescale, most forests became in `equilibrium' by using similar proportion of incoming precipitation. Finally, (Chapter 5) I estimated and analyzed the temporal and spatial variabilities of carbon fluxes of the same four forests measured in Chapter 4 using the 4C-A computational approach and analyzed their resource-use efficiencies. I concluded that, based on my results and others as available, despite the differences in species clumping and latitudes which influence growing season length and solar elevation, the gross primary productivity can be conservatively linearly related to the canopy light absorption. However, based on previous findings from a global study, different allocation of the acquired carbon to the above- and belowground is regulated by soil nutrient status.

Overall, the findings in this dissertation offer new insights into the impacts of environmental changes on carbon and water dynamics in forests across multiple sites and temporal scales which will be useful for larger-scale analyses such as those pertaining to global climate projection.

Dissertation