Добірка наукової літератури з теми "Cycle du carbone inorganique"

L’étude porte sur la détermination de la contribution des espèces O3, OH° et CO3°- dans la dégradation de l’atrazine lors de l’ozonation de solutions contenant différentes concentrations en ions hydrogénocarbonate et en carbone organique. Le suivi de la concentration en atrazine et en ozone dissous, et les expressions cinétiques ont permis de calculer les concentrations en radicaux hydroxyle et carbonate au cours des réactions. A partir des données expérimentales obtenues sur des eaux pures additionnées de carbone organique et inorganique, les résultats indiquent que l’élimination du micropolluant résulte de l’action de l’ozone (pour une faible part), des radicaux hydroxyle issus de la décomposition de l’ozone, mais aussi pour une part très significative, des radicaux carbonate. La participation des radicaux CO3°- diminue lorsque la concentration en carbone organique augmente. Les radicaux carbonate peuvent être responsable de plus de 40 % de la dégradation de l’atrazine lors de l’ozonation en présence de 7 mM d’ions hydrogénocarbonate et 129 µM d’ions glycolate utilisés comme molécule modèle pour l’apport de carbone organique. Les résultats obtenus sur des eaux naturelles confirment les conclusions déduites des expériences sur des eaux de composition connue.

Ce travail a porté sur l'application du lagunage anaérobie pour le traitement primaire des eaux résiduaires urbaines sous climat méditerranéen. Il a été réalisé sur les lagunes anaérobies de l' Ecosite de Mèze (Hérault, France). Les lagunes anaérobies constituent un traitement primaire satisfaisant avec des rendements moyens de 55% pour les MES et 30% pour la DBO5, pour une faible emprise au sol. Le taux d'accumulation des boues est de seulement 0,017 m3 /EH.an, notamment du fait de l'efficacité de la dégradation anaérobie. L'équilibre du métabolisme anaérobie des boues est atteint après un an de fonctionnement. L'accumulation des boues se fait alors de façon saisonnière avec une forte accumulation en hiver et une digestion du stock en été. Cette évolution est liée à l'influence de la température sur la méthanogénèse. La production de biogaz (83% CH4) a pu être mesurée par des collecteurs à gaz mis au point pour cette étude et dépend également fortement de la température. Le bilan du carbone montre que 74% du carbone organique épuré est converti en CH4, 13% en carbone inorganique dissous et seulement 15% est stocké dans les boues. Toutefois, les lagunes anaérobies présentent un risque de créer des nuisances olfactives dues à l'émission de H2 S.

Dans le cadre de travaux sur le rôle des échinodermes dans le cycle biogéochimique de certains métaux traces en milieu côtier, une étude de l'accumulation et de la rétention d'espèces chimiques du mercure a été menée avec l'étoile de mer Leptasterias polaris sur une période de 40 jours. Les étoiles de mer ont été divisées en deux groupes et nourries avec des moules contaminées soit au méthylmercure (MeHg) (14 mg.kg-1), soit au mercure inorganique (13 mg.kg-1). Les résultats montrent une vitesse d'accumulation dans le système digestif de 0,22 mg.kg-1.j-1 pour le Hg inorganique et 0,17 mg.kg-1.j-1 pour le MeHg. Ces vitesses sont 10 à 15 fois moins importantes dans les gonades et l'endosquelette. Pour le Hg inorganique, la charge relative dans les différents organes analysés se fixe après quelques jours et demeure stable jusqu'à la fin de l'expérience. Pour le MeHg, au contraire, cette charge relative passe progressivement du système digestif vers les gonades et l'exosquelette tout au long de l'expérience. Le pourcentage de rétention (%) demeure constant pour le Hg inorganique (51 ± 13%) mais il augmente régulièrement pour le MeHg, atteignant 90-95% vers la fin de l'exposition. L'application d'un modèle cinétique simple, basé sur un processus d'échange ionique, a permis de calculer des constantes de vitesse d'échange entre le digestat et le tissu digestif. Le MeHg s'échange plus vite entre la solution et les sites, mais semble mettre un peu plus de temps à voyager jusqu'aux organes de bioaccumulation. En conclusion, l'étoile L. polaris, par sa taille, sa longévité et sa grande efficacité à digérer tout ce qui est ingéré, semble en mesure de jouer un rôle important à la fois dans la séquestration du MeHg et la remise en solution du Hg inorganique.

Le contexte environnemental actuel, tant politique (objectifs de réduction des émissions de gaz à effet de serre) que sociétal (informationdu consommateur), nécessite de préciser les impacts de l'activité d'élevage bovin en matière de changement climatique. L'enjeuest de connaître précisément les niveaux d'émissions de gaz à effet de serre (GES) et de stockage de carbone, des différents modes deproduction. Pour cela, une évaluation basée sur la méthodologie de l'Analyse du Cycle de Vie (ACV) est mise au point à l'échelle dusystème d'élevage. Cette approche permet d'avoir une vision globale de l'activité d'élevage intégrant l'ensemble des processus interneset externes au fonctionnement de l'exploitation. Ainsi pour les systèmes laitiers français, l'empreinte carbone brute du lait est enmoyenne de 1,26 kg CO2/kg de lait. La prise en compte du stockage de carbone sous les prairies et les haies se traduit par une compensationcomprise entre 6 et 43% selon les systèmes, en fonction de la part de prairies. L'empreinte carbone nette du lait françaisest alors en moyenne de 1,0 kg CO2/kg de lait. Dans les systèmes bovins viande français, l'empreinte carbone brute est comprise entre14,8 et 16,5 kg CO2/kg viande vive en fonction du système de production (naisseur vs naisseur/engraisseur). Après prise en comptedu stockage de carbone qui permet une compensation comprise entre 24 et 53%, l'empreinte carbone nette est comprise entre 7,9 et11,3 kg CO2/kg viande vive. De nombreux leviers d'action sont identifiés dans les systèmes d'élevage de ruminants pour réduire l'empreintecarbone des produits au portail de la ferme. Certains concernent une optimisation des systèmes de production (ajustementdes apports alimentaires, gestion de la fertilisation…) et se traduisent par des économies en matière d'intrants. D'autres nécessitentla mise en place de nouvelles technologies et se traduiront donc par un investissement ou un coût de fonctionnement supérieur auxschémas actuels de production.

Objectif : Cette présente étude visait à déterminer la distribution verticale des stocks de carbone organique du sol et de la biomasse racinaire dans un parc agroforestière à Prosopis africana (Guill., et Rich.) Taub au Burkina Faso. Méthodologie et Résultats : L’étude a été menée à Saria sur un dispositif factoriel avec 3 répétitions. L’échantillonnage des racines et du sol a été fait par l’extraction de monolithes sur 5 couches à une profondeur de 150 cm. Les résultats montrent que la profondeur a influencé les stocks de carbone. La couche 0-50 cm renferme 91% du stock total de carbone de la biomasse racinaire. Les stocks de Carbone Organique du Sol (COS) le plus élevé a été enregistré dans la couche 80-120 cm (26,59±7,94 tC ha-1), contre 8,74±6,05 tC ha-1 dans la couche 0-20 cm. Conclusion et implication des résultats : Les résultats montrent que les parcs agroforestiers étudiés ont un fort potentiel de séquestration de carbone. Cependant, les éventuels projets de carbone dans les parcs agroforestiers devront se focaliser sur la biomasse végétale aérienne et souterraine car le carbone organique du sol parait ne pas être influencé par les différents aménagements. Aussi pour une bonne gestion de ces stocks de carbone, des études complémentaires doivent être menées en vue de comprendre le cycle de de renouvellement des racines fines des parcs agroforestiers afin de de mesurer les flux de carbone organique du sol dans les parcs agroforestiers. Mots clés : Carbone organique du sol; Parc agroforestier, Prosopis africana, séquestration de carbone ; Biomasse racinaire 16482 Koala et al., J. Appl. Biosci. Vol.160 :2021 Distribution des stocks de carbone du sol et de la biomasse racinaire dans un parc agroforestier à Prosopis africana (Guill., et Rich.) Taub au Burkina Faso, Afrique de l’Ouest Distribution of carbon stocks from soil and root biomass in Prosopis africana (Guill., And Rich.) Taub agroforestry parkland in Burkina Faso, West Africa. ABSTRACT Objectives The aim of this study was to determine soil organic carbon stocks and root biomass carbon vertical distribution in an agroforestry parkland of Prosopis africana (Guill., And Rich.) Taub in Burkina Faso. Methodology and Results: The study was carried out in Saria on factorial design with 3 replicates. Root and soil sampling was done by extracting monoliths in 5-layer up to 150 cm depth. Results show that depth influenced carbon stocks. 0-50 cm layer contains 91% of root biomass total carbon stock. Highest soil Organic Carbon (SOC) stocks were recorded in 80-120 cm layer (26.59 ± 7.94 tC ha-1), compared to 8.74 ± 6.05 tC ha-1 in 0-20 cm layer. Conclusions and application of findings: Our results show that agroforestry parklands have a high carbon sequestration potential. However, any carbon projects in agroforestry parklands have to focus on trees above-ground and below-ground biomass because soil organic carbon does not influenced by management. Also for good management of these carbon stocks, additional studies must be carried out in order to understand the renewal cycle of fine roots in agroforestry parks in order to measure organic carbon flow from soil in agroforestry parklands. Keywords: Soil organic carbon; Agroforestry parklands, Prosopis africana, carbon sequestration; Root biomass INTRODUCTION L’agroforesterie est un système d’utilisation des terres traditionnel qui est toujours utilisé de nos jours par les populations (Santoro et al., 2020). Elle est considérée comme un système durable car contribuant à lutter contre la dégradation des terres. Sa contribution à l’amélioration à la productivité de l’agriculture est bien reconnue de nos jours (Montagnini and Nair, 2004). L’amélioration de la productivité est due à l’augmentation de la matière organique et au recyclage des éléments

L'objectif scientifique de ce travail est de mieux comprendre les transferts de carbone par les fleuves vers les océans et d'identifier les différents processus biogéochimiques susceptibles de contrôler ces transferts, à l'aide des signatures isotopiques (d13C) du carbone. Pour ce faire, 25 bassins versants ont été étudiés à travers le monde, en allant de petits bassins versants élémentaires jusqu'aux grands bassins fluviaux. Les résultats obtenus mettent en évidence un contrôle majeur du d13CCID par le dégazage de CO2 vers l'atmosphère et par l'oxydation du carbone organique (allochtone et autochtone). La signature isotopique moyenne d13C du flux de carbone inorganique vers les océans est estimée dans cette étude à -11,8œ. Enfin, les premiers éléments d'un modèle numérique (d-Carb) sont fournis dans cette étude pour simuler l'évolution du d13CCID dans les rivières et les fleuves
The scientific objective of this work is to better understand the riverine carbon transfers to the oceans and to identify the different biogeochemical processes controlling these transfers using carbon isotopic signature (d13C). In order to do that, 25 watersheds have been investigated in the world, going from small catchments to large river basins. The results emphasize the major control of CO2 degassing to the atmosphere and of organic carbon oxidation (allochtonous and autochtonous) on the riverine d13CDIC. The average isotopic signature d13CDIC of the inorganic carbon riverine flux into the oceans has been estimated in this study to be -11,8œ. Finally, a first approach of a numerical model (d-Carb) has been developed to simulate the d13CDIC evolution in rivers

L’océan représente un puits majeur de carbone vis-à-vis de l’accroissement de CO2 atmosphérique, mais l’évolution à long terme de ce puits est mal connue. Ce travail vise donc à analyser son évolution dans l’Atlantique nord à l’aide de données biogéochimiques et hydrologiques collectées entre 1993 et 2007. Dans le gyre subpolaire de l'Atlantique nord, il est montré que la fugacité océanique du CO2 (fCO2oc) a augmenté plus rapidement dans l’océan que dans l’atmosphère sur la période 1993-2007. Pour la période 1993-2003, l’augmentation est due au réchauffement des eaux de surface, tandis q’entre 2001 et 2007, ce changement a été attribué à des modifications des propriétés chimiques de l’eau de mer. Depuis 2001 cette région est une source océanique de CO2 en hiver. En conséquence, le puits océanique de CO2 diminue rapidement et est susceptible d’impliquer des changements dans les concentrations de CO2 atmosphérique.

Les suivis spatio-temporels des teneurs en carbone et de sa signature isotopique d13C dans le bassin versant du Nyong permettent d'une part, à une échelle locale (petit bassin versant du Mengong), d'identifier les sources de carbone et d'autre part, à une échelle régionale (bassin du Nyong), de comprendre les processus biogéochimiques qui contrôlent les transformations et les échanges de carbone entre les différents réservoirs au cours du transfert de l'amont vers l'aval. Dans ces écosystèmes tropicaux humides, les sols marécageux de bas fonds présentent en surface un épais horizon humifère riche en carbone organique (12 à 16%), avec des signatures isotopiques d13C de -29‰ en équilibre avec celle des plantes en C3 (-32‰ à -28‰). La minéralisation de la MO et le lessivage des zones marécageuses sont responsables en saison des pluies des fortes teneurs en COD (jusqu'à 38 mg/l), des fortes pCO2 et des signatures isotopiques d13CCID appauvries (-20‰ en moyenne) des cours d'eau. En saison sèche, la réduction des zones marécageuses favorise l'alimentation des cours d'eau par les eaux de nappe pauvre en COD (< 1mg/l) et enrichies en 13C (d13CCID jusqu'à -7‰). Les flux de carbone vers l'océan pour le bassin du Nyong, estimés à 1,2. 106 t C/an (soit 6,24 t C/km2/an) sont constitués à 80% de COD, 8% de COP et 12% de CID. Au cours du transfert d'amont en aval, une diminution de COD de 33% est observée en relation avec des processus d'oxydation. Les fortes pCO2 qui en résultent, favorisent un dégazage du CO2 vers l'atmosphère, estimé pour le réseau hydrographique du Nyong à 2,3. 105 t C/an ; ce dégazage s'accompagne d'un enrichissement isotopique d'amont en aval de l'ordre de 4‰. L'altération des minéraux silicatés par les acides organiques entraîne un excédent de Ca+Mg (0,5< Ca+Mg/HCO3- <2,2) par rapport à une altération par l'acide carbonique (Ca+Mg/HCO3- = 0,5). Cet excédent est corrélé positivement aux teneurs en COD et négativement au d13CCID dans les eaux de surface. .
Spatial and temporal follow ups of carbon contents and its isotopic signature d13C in the Nyong river basin allow on one hand, at a local scale (small experimental catchment of Mengong), to identify the carbon sources, and on the other hand, at a regional scale (Nyong river basin), to understand the biogeochemical processes which control the carbon transformations and exchanges between the different reservoirs during the transfer from upstream to downstream. In these wet tropical ecosystems, the swampy soils of bottom valley low marshes present in surface a thick organic carbon rich horizon (12 to16 %), with isotopic signatures d13C of -29 ‰ in equilibrium with C3 plants (-32 ‰ to -28 ‰). During the rainy season, the mineralization of organic matter and the leaching of swampy areas are responsible of hight DOC contents (until 38 mg / L) in streamwaters, strong pCO2 and impoverished d13CDIC isotopic signatures (-20 ‰ on average). During the dry season, the shrinkage of the swampy zones facilitates the supply of streams by low DOC content (< 1mg / L) and enriched d13CDIC (d13CDIC until 7 ‰%) grounwaters. The carbon flux into the ocean is estimated to 1. 2*106 t C / year, i. E. 6. 24 t C/km2. Year, of which 80 % of DOC, 8 % of POC and 12 % of DIC. During the transfer from upstream to downstream, a DOC decrease of 33 % is observed in relation with oxidation processes. The resulting strong pCO2 facilitate the CO2 degassing towards the atmosphere, estimated for the Nyong river system at 2. 3* 105 t C / year. This CO2 degassing is accompanied by an isotopic enrichment of about 4 ‰. The weathering of silicate minerals by organic acids leads to a surplus of Ca+Mg (0. 5 < Ca+Mg / HCO3- < 2. 2) with regard to a natural weathering pathway by the carbonic acid (Ca+Mg / HCO3- = 0. 5). .

De juin 2005 à septembre 2007, six campagnes océanographiques ont été effectuées dans l'Est de l'Atlantique Tropical afin d'étudier principalement la distribution spatio-temporelle des paramètres du carbone océanique, les processus induisant leur variabilité et d'estimer les flux air -mer de CO2. 195 échantillons d'eau de mer de surface prélevés ont servi à l'analyse de l'alcalinité totale (TA) et le carbone inorganique dissous (DIC). Les distributions de la température de surface de la mer (SST), de la salinité de surface de la mer (SSS), de DIC et de TA ont permis de mettre en évidence un gradient nord -sud entre les eaux du nord et celles du sud du bassin. En effet, aux faibles (ou fortes) Salinités sont associées les faibles (ou fortes) TA et DIC. Dans la partie nord de la zone (0°-6°N) précisément dans le courant de Guinée apparaissent les faibles salinités, alcalinités et carbone inorganique, tandis que les fortes concentrations de ces paramètres sont observées au sud de l'équateur (0°-10°S) dans les eaux du courant sud équatorial. Toutefois, la SST présente une distribution contrastée à celles des autres paramètres. Aucune variabilité temporelle significative n'apparaissant dans les distributions de TA et DIC, l'ensemble des données des campagnes a été alors utilisé pour déterminer des relations empiriques uniques entre TA et SSS, et entre DIC, SSS et SST. Ces relations validées ont conduit au calcul de la fugacité de CO2. Des cartes mensuelles de fCO2 moyennes ont été établies, sur une grille de 1° latitude x 1° longitude, en utilisant des champs de données de SST et de SSS pour la zone de 10°E-10°W, 6°N-10°S pour la période de 2005 à 2007 des mois de juin à novembre. Le flux air-mer moyen mensuel de CO2 varie de 1,69 ±1,94 mmol m-2 d-1 (Novembre) à 2,78 ±1,65 mmol m-2 d-1 (Août) pour toute la région. Ces résultats ont permis la comparaison de nos flux air -mer et ceux de climatologie par l'utilisation du même coefficient d'échange. Nos flux air -mer estimés montrent un gradient plus important entre les eaux du nord et celles du sud de l'équateur que les estimations climatologiques. Cette différence est probablement due au nombre peu élevé de données en climatologie et aussi à la mauvaise résolution de sa grille (4° de latitude x 5° de longitude). Toutefois, les deux méthodes d'estimation de flux air -mer s'accordent que la zone de l'Est de l'Atlantique tropical est une source de CO2 pour l'atmosphère.

Le Dévonien supérieur est une période marquée par des variations climatiques importantes et de nombreuses perturbations environnementales, tant dans le domaine continental (surrection de chaînes de montagnes, développement des plantes vasculaires) que dans le domaine marin (fluctuations du niveau marin, crise biologique, stockage de matière organique). La mise en place de façon quasi-globale de niveaux riches en matière organique au Frasnien terminal, les horizons Kellwasser, et leur impact sur le cycle du carbone ont retenu plus particulièrement notre attention au cours de ce travail. L'étude pluridisciplinaire menée sur des séries sédimentaires situées de part et d'autre de la chaîne éovarisque nous permet de reconstituer les variations des environnements marins à la limite Frasnien-Famennien, dans les régions du Massif Schisteux Rhénan, des Montagnes du Harz (Allemagne), de la Meseta occidentale et de l'Anti-Atlas (Maroc). La démarche adoptée repose principalement sur l'analyse géochimique et l'étude du magnétisme des roches. A partir des résultats obtenus, un modèle de formation des horizons Kellwasser au cours du Frasnien terminal est proposé. Durant l'épisode de dépôt de l'horizon Kellwasser inférieur, l'appauvrissement en oxygène serait le résultat d'une hausse importante de la productivité primaire. Cette hausse de productivité et la consommation d'oxygène auraient été induites par l'eutrophisation des milieux marins peu profonds. La libération accrue de nutriment proviendrait d'une intensification de l'altération chimique, faisant suite au développement des plantes vasculaires et à la mise en place de la chaîne éovarisque à partir du Dévonien supérieur
Ce phénomène d'altération a vraisemblablement été favorisé par un climat particulièrement chaud et humide. Durant l'épisode de dépôt de l'horizon Kellwasser supérieur, l'appauvrissement en oxygène résulterait de la stratification des eaux dans les environnements profonds, due à une diminution de la circulation océanique, causée par un confinement plus important des bassins. Cette stratification a été accrue durant la période de haut niveau marin associée à l'horizon Kelhvasser supérieur. Les eaux anoxiques ont pu se répandre dans les environnements de plates-formes à la faveur de la montée eustatique. La mise en place de conditions anoxiques, voire localement euxiniques, a favorisé la diffusion des nutriments libérés par la reminéralisation de la matière organique. Ces nutriments ont pu rejoindre épisodiquement les eaux de surface, à la faveur d'interruptions temporaires de la stratification des eaux, et ainsi intensifier la productivité primaire. Il est proposé que cette période de stockage accrue de carbone organique dans les sédiments ait fortement perturbé le cycle du carbone à long terme, conduisant, au final, à une chute notable de la pression de CO2 atmosphérique et au refroidissement du climat à la base du Famennien. Ainsi, ces travaux suggèrent que la formation des horizons Kellwasser résulte de la conjonction de divers' phénomènes, comprenant la tectonique s. L. ,l'évolution des végétaux, la physiographie des océans, la productivité marine, le tout en interactions directes et indirectes avec le climat

La gestion et la conservation des lacs de haute montagne Pyrénéens dans le contexte actuel du changement climatique et de l’augmentation de la pression anthropique nécessitent une connaissance approfondie de leur fonctionnement biogéochimique. Dans cette thèse, cinq campagnes d’échantillonnage ont été réalisées (2017-2019) dans plus de 20 lacs alpins. L’analyse d’échantillons d’eau nous a permis d’étudier les teneurs, les profils en profondeurs, la répartition géographique, et les variations saisonnières de nombreuses caractéristiques physico-chimiques et biogéochimiques. Le cycle du dioxyde de carbone (CO2) et le devenir des Eléments Traces Potentiellement Dangereux (PHTEs) ont été étudiés. Le mercure (Hg) a été particulièrement étudié au travers du développement d’une procédure analytique pour la détermination de concentrations en traces dans les eaux naturelles et de recherches biogéochimiques sur la distribution et le devenir des espèces du Hg dans la colonne d’eau, et dans des archives de sédiments.La procédure développée pour analyser l’alcalinité totale (TA) et le carbone inorganique dissous (DIC) nous a permis de déterminer les autres paramètres du système du CO2, le pH et la fugacité du CO2 (fCO2). Les spécificités du substrat rocheux apparaissent essentielles pour l’état d’acidification des lacs étudiés. De plus, les valeurs de fCO2 obtenues montrent que les lacs sont des sources de CO2 pour l’atmosphère.La mesure de divers paramètres physico-chimiques nous a permis de classer les lacs en fonction de leur géochimie de l’eau mettant en évidence l’importance de l’état trophique des lacs, des caractéristiques géologiques et des apports atmosphériques. La présence, les sources et le comportement des PHTEs ont été étudiés, démontrant un contraste entre les apports géologiques et atmosphériques. Le suivi intensif a démontré que certains PHTEs sont très sensibles aux changements environnementaux comme la température et les conditions redox.La mesure des concentrations de Hg total dans les systèmes aquatiques reste complexe et il est nécessaire de développer des méthodes analytiques moins coûteuses et faciles d’utilisation. La méthode développée et optimisée dans ce travail a été appliquée avec succès et a montré une bonne limite de détection et une excellente répétabilité. La spéciation du Hg dans la colonne d’eau a démontré l’état intact et la dynamique des lacs Pyrénéens. L’homogénéité dans les concentrations de Hg total non-gazeux a confirmé l’absence de sources locales et l’utilisation potentielle de ces écosystèmes en tant que sentinelles de la contamination régionale et globale du Hg. Alors que lemercure inorganique (iHg) n’a pas montré de variations saisonnières, le monométhylmercure (MMHg) a été significativement plus élevé en automne 2018 et le mercure gazeux dissous (DGM) a fortement varié parmi les lacs. Les expérimentation in-situ ont confirmé les conditions qui favorisent la méthylation (eaux anoxiques stratifiées), la déméthylation et la photoréduction (intense lumière UV) du Hg.L’analyse des archives de sédiments a mis en lumière les tendances temporelles des taux d’accumulation du Hg (HgARs), avec une augmentation progressive depuis le 16ème siècle et l’industrialisation, reflétant la production de Hg dans les mines d’Almadén. Les isotopes stables du Hg permettent de tracer certaines sources anthropiques ainsi que les variations climatiques passées.Globalement, les changements environnementaux dans les écosystèmes des lacs, provoqués à la fois par les conditions climatiques (température, intensité lumineuse) et la pression anthropique (apports atmosphériques, eutrophisation, CO2 atmosphérique) sont susceptibles d’entrainer des répercussions importantes parmi le CO2, certains PHTEs et le cycle biogéochimique du Hg dans les écosystèmes montagnards
The management and conservation of Pyrenean high mountain lakes within the current context of climate change and increasing anthropogenic pressure require detailed knowledge of their biogeochemical functioning. In this doctoral thesis, five sampling campaigns were carried out (2017-2019) in more than 20 alpine lakes. The analysis of water samples allowed us to study the occurrence, the depth profiles, the geographical distribution and the seasonal trends of a large array of physico-chemical and biogeochemical parameters. Specifically, the cycle of carbon dioxide (CO2) and the fate of Potentially Harmful Trace Elements (PHTEs) were investigated. The mercury (Hg) was specially studied through the development of an analytical procedure for the measurement of trace concentrations in natural waters and through biogeochemical investigations on the distribution and the fate of Hg species in the water column, as well as in sediment archives.The new and robust procedure developed in this work to measure the total alkalinity (TA) and the dissolved inorganic carbon (DIC) allowed us to determine the other two parameters of the CO2 system, the pH and the fugacity of CO2 (fCO2). The bedrock characteristics of the watershed appear to be the most important parameters influencing the acid status of the studied lakes. Moreover, obtained fCO2 values indicate that lakes are sources of CO2 for the atmosphere.The measurement of various physico-chemical parameters allowed us to discriminate and classify the studied lakes according to their water geochemistry, highlighting the importance of the trophic status of the lakes, the geological background and the atmospheric inputs. The occurrence, sources and behaviour of the PHTEs were investigated with evidence of a contrast between geological and atmospheric inputs. Intensive monitoring revealed some PHTEs to be highly sensitive to environmental changes such as temperature and redox conditions.Monitoring natural concentrations of total Hg in aquatic systems remains a difficult challenge and there is a need for the development of low cost and easy handling analytical methods. The method for analysis of trace Hg concentrations developed and optimized in this work was successfully operational and exhibits a suitable limit of detection and an excellent reproducibility. Hg speciation results in the water column demonstrated the pristine state and the dynamic of the Pyrenean lakes. The homogeneity in the non-gaseous total Hg concentrations in the studied lakes confirmed the absence of local sources and the potential use of these ecosystems as sentinels of regional to global Hg contamination. While inorganic mercury (iHg) did not show seasonal variations, monomethylmercury(MMHg) was significantly higher in autumn 2018 and dissolved gaseous mercury (DGM) varied strongly within and among lakes. In-situ experiments confirmed the conditions that promote Hg methylation (stratified anoxic waters), demethylation and photoreduction (intense UV light).The historical Hg record in sediment archives highlighted temporal trends in Hg accumulation rates (HgARs) with a progressive increase since the 16th Century and the industrialization, mirroring the Hg production in Almadén mines (Southern Spain). Besides, Hg stable isotopes allow the identification of distinct anthropogenic sources as well as past climate variability.Overall, environmental changes in lake ecosystems, induced by either climatic conditions (temperature, light intensity) or anthropogenic pressure (atmospheric inputs, eutrophication, atmospheric CO2) are likely to produce significant impacts among CO2, specific PHTEs and Hg biogeochemical cycles in mountainous ecosystems

Les applications des photobioréacteurs (PBR) pour la culture des microorganismes photosynthétiques, sont très variées et prometteuses. Une optimisation des conditions de culture est nécessaire afin de permettre une conduite économiquement viable des PBR en garantissant un apport suffisant de CO2 pour tous les microorganismes et en tout point du réacteur tout en limitant les pertes par dégazage. Ce travail s’intéresse par conséquent plus spécifiquement à l’étude du transfert entre phases du CO2. La mécanique des fluides numérique est utilisée pour réaliser une analyse fine des interactions qui ont lieu dans ces systèmes afin d’avoir une meilleure compréhension des phénomènes régissant leur fonctionnement et de prédire la distribution spatiale et temporelle des espèces dissoutes ainsi que les performances du transfert entre phases. L’étude numérique du transfert gaz/liquide suivant la méthode dynamique avec de l’O2 et avec du CO2 montre des valeurs de kLa apparent plus grand dans le cas avec O2. Contrairement à l’O2, les bulles de CO2 s’épuisent significativement au cours de leur ascension dans le liquide ce qui entraîne une diminution importante du potentiel d’échange et donc du kLa apparent. Une estimation lors d’une extrapolation du kLa apparent du CO2 avec de l’O2 pourrait entraîner une surestimation du transfert entre phases. Par ailleurs, les résultats de simulations de PBR en présence de microalgues avec le code numérique montrent qu’il est possible d’apporter du CO2 de façon suffisante et homogène dans un PBR airlift de 100 L. De plus, des conditions pour réguler le pH ont été déterminées pour des concentrations en CO2 dans le gaz modérées
Photobioreactors (PBR) applications for photosynthetic microorganisms cultivation, are varied and promising. Optimazing culture conditions is necessary in order to ensure economically viable PBR operation by ensuring adequate CO2 intake for all microorganisms at any point of the reactor while limiting losses by degassing. This study more specifically focuces on CO2 mass transfer from gas phase to liquid phase. Computational fluid dynamics CFD is used to achieve a fine analysis of the interactions that take place in these systems in order to have a better understanding of the phenomena governing their operation and predict the spatial and temporal distribution of the dissolved species and gas/liquid mass transfer performances. The numerical study of gas/liquid transfer using dynamic method with O2 and with CO2 shows that apparent kLa values obtained with O2 is higher. Unlike oxygen, CO2 bubbles depleted significantly during their rising in the liquid which results in a significant decrease of the exchange potential and therefore the apparent kLa. Thus photobioreactor scale-up with kLa of CO2 estimated from dynamic method with O2 could lead to an overestimation of the gas/liquid mass transfer capabilities at large scale. Moreover, PBR simulation with microalgae using CFD code shows that it is possible to bring dissolved CO2 sufficiently and homogeneously in a 100 L airlift PBR. In addition, conditions to control pH are determined for moderate CO2 concentrations in the gas phase

Le carbone inorganique (ci) est la source de carbone utilisee par les cyanobacteries pour synthetiser les constituants organiques necessaires a leur croissance. Un systeme de transport actif ainsi que des activites anhydrase carbonique (ac) sont impliquees dans ce processus. Chez synechocystis pcc6803, ces dernieres sont regulees par la concentration en ci externe. Elles representent un cas interessant pour l'etude de la regulation de l'assimilation du ci. On a cherche a isoler un gene d'ac par deux approches differentes. La premiere, l'utilisation de sondes oligonucleotidiques deduites de sequences d'enzymes connues, a conduit a l'isolement d'un gene (x1) necessaire a la croissance des cellules uniquement en conditions de faible ci + glucose. Il est probable que la proteine x1 agisse en temps que regulateur indispensable a l'assimilation du ci et/ou du glucose dans ces conditions. La seconde approche utilisee a ete l'etude d'un mutant resistant a un inhibiteur de l'ac, l'acetazolamide (aza). Cette approche a permis le clonage du gene responsable de la resistance a l'aza chez ce mutant. Ce gene, zam, code pour une proteine presentant des homologies avec plusieurs proteines impliquees dans des regulations diverses. Les souches zam#- sont resistantes a l'aza, la proteine zam sauvage est donc necessaire a l'action de l'aza. Ce travail a permis d'une part de mettre en evidence un nouveau processus de regulation entre les voies d'assimilation du glucose et du ci, et d'autre part d'approfondir les connaissances sur l'action de l'aza