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Soils represent a large source of the N2O greenhouse gas. N2O emissions peaks by soils are due to denitrification in anoxic conditions, for water contents close to saturation. The objective of the study was to continuously measure the N2O emissions by soil under controlled water content conditions. Measurements on undisturbed soil samples showed that initial N2O fluxes were about 0,5 mgN/m²/j at field capacity and reached a maximum value of 100 mgN/m²/j after wetting up to a water filled pore space equal to 0.8. The largest peaks, larger than 1000 mgN/m²/j, were recorded during desiccation but remained fleeting. For a second wetting/drying cycle, the same dynamics was observed, but absolute values of fluxes were lower. These phenomena demonstrated the role of i) wetting/drying dynamics evolution and ii) dynamics history in the understanding of N2O emissions by soils.; Les sols représentent une part importante des sources du gaz à effet de serre N2O. Les pics d’émissions de N2O par les sols sont attribués à la dénitrification qui se produit en condition anoxique, quand la teneur du sol est proche de la saturation. Le but de cette étude est de mesurer, en continu et en conditions contrôlées, la dynamique de réponse des émissions de N2O par le sol, à des teneurs en eau élevées. Nos résultats sur des échantillons de sol non perturbés montrent que les flux, de l’ordre de 0,5 mgN/m²/j lorsque les échantillons sont à la capacité au champ atteignent, lors de l’humectation, un maximum de l’ordre de 100 mgN/m²/j pour un indice d’eau de 0,8. Les flux les plus élevés (supérieurs à 1000 mgN/m²/j) se produisent lors de la dessiccation mais restent fugitifs. Lors d’un second cycle d’humectation/dessiccation, la même dynamique est observée, mais les flux sont légèrement plus faibles. Ces phénomènes déjà observés par certains auteurs mais peu expliqués montrent l’importance i) de la dynamique d’évolution de la teneur en eau (humectation vs dessiccation) et ii) de l’historique de cette dynamique, dans le déterminisme des émissions de N2O par les sols.

The main objective of this PhD thesis is the study of the shelf/offshore interactions in the Benguela upwelling system, off South African and Namibian coasts, using a numerical model as well as satellite and in-situ data. A Biogeochemical model adapted for the Benguela Upwelling System (BioBUS), taking into account the main processes linked with eastern boundary upwelling systems and associated oxygen minimum zones, has been developed and coupled with the ROMS hydrodynamical model, in order to implement a realistic configuration in the Namibian upwelling system (Northern Benguela), the studied area of this PhD thesis. This PhD thesis contributes to the improvement of the physical/biogeochemical couplings as well as the understanding of the Eastern Boundary Upwelling Systems (EBUS) and their local and regional impact. Nitrogen inputs from the upwelling area to the South Atlantic oligotrophic gyre were estimated (0.38 molN.m-2.yr-1) and are of the same order as other possible N sources (such as atmospheric deposition, biological fixation, ...) sustaining primary production in the subtropical gyre (from 0.01 to 0.24 molN.m-2.yr-1). Nitrogen losses by denitrification and anammox processes linked with the oxygen minimum zone (2.2 108 molN.yr-1) have the same order of magnitude than N2O outgasing to the atmosphere (5.5 108 molN.yr-1), however they are underestimated when compared with in-situ estimations. Air-sea N2O fluxes are clearly significant in this area for the atmospheric N2O budget. Indeed, even if this area represents 1.2% of the EBUS, its estimated N2O emission contributes to 4% of the EBUS emissions. Furthermore, this PhD thesis shows the important role of mesoscale processes in the nitrogen total transport off the Namibian continental shelf.; Le principal objectif de cette thèse est d'étudier les interactions entre l'océan côtier et l'océan ouvert dans la zone de l'upwelling du Benguela, située au large des côtes d'Afrique du Sud et de Namibie, à l'aide d'un outil numérique et de données satellites et in-situ. Un modèle biogéochimique adapté à la zone d'étude (BioBUS ; Biogeochemical model for the Benguela Upwelling System), prenant en compte les processus caractéristiques des systèmes d'upwelling de bord Est et des zones de minimum d'oxygène associées a été développé, puis couplé au modèle hydrodynamique ROMS, afin de mettre au point une configuration réaliste centrée sur le système de l'upwelling de Namibie (sous-système Nord du Benguela), zone d'étude de cette thèse. Ces travaux de thèse ont permis d'améliorer notre compréhension des systèmes d'upwelling de bord Est (EBUS), notamment leurs impacts locaux et régionaux, ainsi que les couplages physiques/biogéochimiques dans ces systèmes. A l'issue de ces travaux de thèse, les apports d'azote depuis la zone de l'upwelling vers le gyre oligotrophe de l'océan Atlantique Sud ont été estimés (0.38 molN.m-2.yr-1) et sont comparables aux autres sources d'azote (dépôts atmosphériques, fixation biologique, ...) possibles de soutenir la production primaire dans le gyre subtropical (de 0.01 à 0.24 molN.m-2.yr-1). Les pertes d'azote par dénitrification et anammox liées à la zone de minimum d'oxygène (2.2 108 molN.yr-1) sont du même ordre de grandeur que les pertes par émission de N2O vers l'atmosphère (5.5 108 molN.yr-1), mais sont sous-estimées par rapport aux quelques estimations in-situ dont nous disposons. Les flux de N2O à l'interface océan-atmosphère dans cette région sont clairement significatifs pour le budget atmosphérique de N2O. En effet, même si la surface de la zone ne représente pas plus de 1.2% des EBUS, ces émissions de N2O contribuent à 4% des émissions de N2O dans les EBUS. Enfin, ces travaux de thèse montrent l'importance des processus à mésoéchelle dans le transport total d'azote au large du plateau continental Namibien.

Les sols représentent une part importante des sources du gaz à effet de serre N2O. Les pics d’émissions de N2O par les sols sont attribués à la dénitrification qui se produit en condition anoxique, quand la teneur du sol est proche de la saturation. Le but de cette étude est de mesurer, en continu et en conditions contrôlées, la dynamique de réponse des émissions de N2O par le sol, à des teneurs en eau élevées. Nos résultats sur des échantillons de sol non perturbés montrent que les flux, de l’ordre de 0,5 mgN/m²/j lorsque les échantillons sont à la capacité au champ atteignent, lors de l’humectation, un maximum de l’ordre de 100 mgN/m²/j pour un indice d’eau de 0,8. Les flux les plus élevés (supérieurs à 1000 mgN/m²/j) se produisent lors de la dessiccation mais restent fugitifs. Lors d’un second cycle d’humectation/dessiccation, la même dynamique est observée, mais les flux sont légèrement plus faibles. Ces phénomènes déjà observés par certains auteurs mais peu expliqués montrent l’importance i) de la dynamique d’évolution de la teneur en eau (humectation vs dessiccation) et ii) de l’historique de cette dynamique, dans le déterminisme des émissions de N2O par les sols., Soils represent a large source of the N2O greenhouse gas. N2O emissions peaks by soils are due to denitrification in anoxic conditions, for water contents close to saturation. The objective of the study was to continuously measure the N2O emissions by soil under controlled water content conditions. Measurements on undisturbed soil samples showed that initial N2O fluxes were about 0,5 mgN/m²/j at field capacity and reached a maximum value of 100 mgN/m²/j after wetting up to a water filled pore space equal to 0.8. The largest peaks, larger than 1000 mgN/m²/j, were recorded during desiccation but remained fleeting. For a second wetting/drying cycle, the same dynamics was observed, but absolute values of fluxes were lower. These phenomena demonstrated the role of i) wetting/drying dynamics evolution and ii) dynamics history in the understanding of N2O emissions by soils.

Les interactions complexes entre les facteurs de contrôle des émissions de N2O par les sols et la très grande hétérogénéité des sols entrainent de larges variations spatiales de ces émissions. L'objet de ce travail est d'étudier la variabilité spatiale des flux à grande échelle pour définir des méthodologies de mesure avec une meilleure prise en compte de cette variabilité. Dans ce but, 48 mesures de flux échantillonnant 77% d'une surface de 3,2 m par 2,4 m ont été réalisées dans une parcelle agricole, en couplant un spectromètre infrarouge QCL avec une chambre mobile. La méthode a permis une caractérisation sur un pas de temps court des variations spatiales et les mesures suggèrent que la variabilité spatiale des émissions de N2O sur cette surface, est liée à la disponibilité en carbone., The complex interactions between control factors as well as soil heterogeneity result in large spatial variations in soil N2O flux. The objective of this work is to study the spatial variability at large scale for defining better methodologies of N2O measurements. 48 flux measurements were thus made on a 3.2*2.4 m surface in an agricultural plot, sampling 77% of the surface thanks to the coupling of a QCL Infrared spectrometer and a mobile chamber. This method enabled to obtain a sampling on a short time step of flux spatial variations. Observations suggest that the spatial variability on this surface was linked to the availability in carbon in the soil.