Search

En 2013, une étude de l'ANSES sur la contamination par le mercure (Hg) des poissons des quatre plus grands lacs aquitains (Hourtin-Carcans, Lacanau, Cazaux-Sanguinet et Parentis-Biscarrosse) a montré que les concentrations de mercure chez le sandre (Sander lucioperca) des lacs d’Hourtin-Carcans et de Lacanau dépassaient la recommandation alimentaire de l’OMS de 0,5 mg Hg.kg-1 poids frais (WHO 1990). Cette contamination pouvant constituer un risque potentiel pour la santé humaine, un arrêté préfectoral a été émis interdisant la consommation de sandres pêchés dans ces lacs. L’objectif principal de cette étude est de comprendre l’origine de cette contamination. Les résultats obtenus montrent un gradient croissant des concentrations en Hg du sud vers le nord, dans la chair des poissons piscivores. Les concentrations en Hg atmosphérique mesurées ponctuellement ou accumulées dans les bryophytes terrestres (mousses) autour des lacs sont caractéristiques d’environnements dits « éloignés et vierges » de toutes sources significatives de contamination. D'autres facteurs pouvant expliquer ce gradient de contamination chez les poissons ont été étudiés comme le rôle des plantes aquatiques. Aucun des facteurs étudiés ne peut expliquer ces différences. Seul un important gradient de sulfate sud-nord a été identifié dans les eaux et les sédiments des quatre lacs. La présence de ces sulfates favorise le développement de microorganismes sulfato-réducteurs responsables de la production de méthylmercure. Cette production accrue de méthylmercure dans les lacs médocains (Hourtin-Carcans et Lacanau) semble responsable de la forte accumulation de ce métal dans les poissons piscivores de ces lacs. La production de cette forme organique du Hg se fait principalement au niveau du biofilm périphytique présent à la surface des plantes et du sédiment organique. L’excès de sulfate dans les lacs médocains provient du bassin versant, et en particulier des zones agricoles. Les risques sanitaires liés à la consommation de poissons carnivores des lacs médocains sont avérés et leur consommation est fortement déconseillée pour les personnes les plus vulnérables (femmes enceintes et enfants). Les autres personnes adultes peuvent les consommer raisonnablement. In 2013, a study of ANSES (French Agency for Food, Environmental and Occupational Health & Safety) on mercury (Hg) contamination of fish from the four largest Aquitaine Lakes (Hourtin-Carcans, Lacanau, Cazaux-Sanguinet and Parentis-Biscarrosse Lakes) showed that zander (Sander lucioperca), a carnivorous fish from Hourtin-Carcans and Lacanau Lakes had Hg levels exceeding the current consumption guideline (0.5 mg Hg. kg-1 wet weight). Following this contamination, a prefectural decree banned the consumption of zander caught in these lakes. The aim of this study was to understand the source of this contamination. The results of the project show an increasing Hg concentration gradient from the southernmost lake to north in the flesh of carnivorous fishes. Atmospheric Hg concentrations measured locally and accumulated in terrestrial bryophytes (mosses) around lakes are characteristic of so-called "remote and pristine" environments from all significant sources of contamination. Other factors that may explain this gradient of contamination in fish have been studied, such as the role of aquatic plants. None of the factors studied can explain differences among lakes. On the other hand, a significant south-north sulphate gradient has been found in the water and sediments of the four lakes. The presence of sulphate promotes the development of sulphate-reducing microorganisms in part responsible for the production of methylmercury. This increased production of methylmercury in the northern lakes (Hourtin-Carcans and Lacanau Lakes) seems responsible for the greatest accumulation of this metal in the carnivorous fishes of these lakes. The development of these microorganisms takes place mainly in the biofilm present on the surface of plants and organic sediment, also called periphyton. High sulphate concentrations resulted from agricultural activity in the Hourtin-Carcans Lake catchment. Our study found that it is strongly discouraged to consume carnivorous fishes from Hourtin-Carcans and Lacanau Lakes for vulnerable people (pregnant women and children).

Manganese geochemistry in deep-sea sediments is known to vary greatly over the first few centimeters, which overlaps the in-sediment depth habitats of several benthic foraminiferal species. Here we investigated manganese incorporation in benthic foraminiferal shell carbonate across a six-station depth transect in the Gulf of Lions, NW Mediterranean, to unravel the impacts of foraminiferal ecology and Mn pore water geochemistry. Over this transect water depth increases from 350 to 1987 m, while temperature (∼13 ∘C) and salinity (∼38.5) remained relatively constant. Manganese concentrations in the tests of living (rose bengal stained) benthic foraminiferal specimens of Hoeglundina elegans, Melonis barleeanus, Uvigerina mediterranea, and Uvigerina peregrina were measured using laser ablation inductively coupled mass spectrometry (laser ablation ICP-MS). Pore water manganese concentrations show a decrease from shallow to deeper waters, which corresponds to a generally decreasing organic-matter flux with water depth. Differences in organic-matter loading at the sediment–water interface affects oxygen penetration depth into the sediment and hence Mn pore water profiles. Mn ∕ Ca values for the investigated foraminiferal species reflect pore water geochemistry and species-specific microhabitat in the sediment. The observed degree of variability within a single species is in line with known ranges in depth habitat and gradients in redox conditions. Both the Mn ∕ Ca ratio and interspecific variability hence reflect past Mn cycling and related early diagenetic processes within the sediment, making this a potential tool for bottom-water oxygenation and organic-matter fluxes. Dynamics of both in-sediment foraminiferal depth habitats and Mn cycling, however, limit the application of such a proxy to settings with relatively stable environmental conditions.

L’eutrophisation touche de nombreux lacs, réservoirs, rivières et zones côtières, en France et dans le monde. Elle génère des perturbations majeures pour les écosystèmes aquatiques et a des impacts sur les biens et les services associés, sur la santé humaine et sur les activités économiques. Dans certains espaces, elle est devenue une question socialement vive. Les débats sur l’identification des facteurs et des niveaux de risque d’eutrophisation, permettant d’orienter les politiques publiques, ont conduit les ministères en charge de l’environnement et de l’agriculture à confier au CNRS, à l’Ifremer, à l’INRA et à Irstea la réalisation d’une Expertise scientifique collective (ESCo) sur le sujet. Cette ESCo établit un état des lieux critique sur les connaissances scientifiques disponibles au plan international sur les causes, les mécanismes, les conséquences et la prédictibilité des phénomènes d’eutrophisation. Elle identifie les notions considérées comme certaines et celles encore entachées d’incertitudes, les lacunes, les questions faisant l’objet de controverses scientifiques, ainsi que les leviers d’action existants pour endiguer l’eutrophisation.

The speciation of Phosphorus (P) in geologic materials can inform diverse investigations in such as aquatic biogeochemistry, soil sciences, and paleo-oceanography. Here, we describe in detail a set of sequential extraction schemes to measure P concentrations from several operationally defined phases: pore water, exchangeable or loosely sorbed P, Fe-bound P, P associated with biogenic apatite, P associated with authigenic apatite and carbonate forms, P associated with detrital apatite and inorganic forms, and organic P. The two benefits of the procedures we describe compared to prior methodological studies are: (1) fast, simple and inexpensive colorimetric methods have been developed for P determination in all the different matrices; and (2) the Fe-bound phosphorus pool is separated into two fractions, allowing the P associated with most reactive Fe-fraction to be distinguished from P bound to the remainder of the Fe-oxides. Adaptations of these procedures to optimize the characterization of P pools in a range of material types are also outlined.

The no-till (NT) is gaining great attention for soil preparation. This practice modifies number of soil properties such as the distribution of phosphorus (P) in the soil profile. This work aims to analyze the impacts on the biogeochemical P cycle after decades of NT and incorporate those effects in an operational model. We used a long-term field experiment under corn-soybean rotation established on a clay loam soil (L’Acadie, Quebec, Canada). The design was a split-plot plan with 4 blocks under moldboard plough (MP) and NT, subdivided by 3 doses of P [0 (0P), 17.5 (0.5P), 35 (1P) kg P ha-1] applied in corn phase and localized to 5-cm deep and 5-cm from the corn row.The phosphate ion concentration in MP was relatively constant (0.08 mg P L-1) in the tilled layer (0-20 cm), slightly lower in 20-30 cm (0.05 mg P L-1) and much lower below (0.01 mg P L-1). In [NT, 0.5P] and [NT, 1P] plots, Cp was higher (0.28 et 0.19 mg P L-1) in the 0-10 cm layer compared to the tilled layer in MP, but decreased sharply with depth. This vertical stratification in NT was also observed for P-Olsen, P-M3 and other nutrients as C, N, and K. After 23- and 24-year of experimentation, maize roots tended to be fewer (-14%) under NT than MP, probably because of increased weed infestation under NT. For soybean, more roots accumulated in the 0-10 cm layer under NT (44% of total length) than MP (21%) and vice versa for the 10-20 cm layer. Those differences in root distribution under NT and MP corresponded to the stratification of N, P, and K.This set of data on the distribution of roots and phosphorus was used i) to develop a 1D model describing P dynamics over several decades in MP, ii) to test a method to assess the spatial P uptake distribution according local root length density and soil P availability, and iii) to develop a spatial 2D model describing P dynamic in NT. This model simulates the soil P availability dynamic on long term according soil properties and crop root distribution within soil profile for different soil preparation regime and different P fertilization rate. Although the model overestimates the P availability near the localized P fertilizer, it is able to predict the soil P stratification in NT treatment and its consequences on crop P uptake. This new model will be a useful tool to improve P fertilization management in context of no-till practices., La pratique du «sans labour» (NT) se développe dans le cadre de l’agriculture de conservation des sols. Cette pratique modifie nombre de propriétés du sol comme, par exemple, la répartition du phosphore (P) dans le profil du sol. L’objectif de cette thèse est d’analyser les impacts après plusieurs décennies du NT sur le cycle biogéochimique du P et d’intégrer ces effets dans un modèle de fonctionnement. Nous avons utilisé un essai au champ de longue durée sous maïs-soja (L’Acadie, Québec, Canada) implanté sur un sol argilo-limoneux. Le dispositif était un split-plot à 4 blocs avec mouldboard plough (MP) et sans labour (NT), subdivisés par 3 doses de fertilisation en P minéral [0 (0P), 17.5 (0.5P), 35 (1P) kg P ha-1] apportées sur le maïs et localisées à 5 cm de profondeur et à 5 cm du rang de maïs.La concentration des ions phosphates du sol (Cp) test était relativement uniforme dans la couche labourée (0-20 cm) (0.08 mg P L-1), puis baissait légèrement dans 20-30 cm (0.05 mg P L-1) et davantage au-delà (0.01 mg P L-1). Sous les traitements [NT, 0.5P] et [NT, 1P] traitements, le Cp était plus élevé dans la couche 0-10 cm (0.28 et 0.19 mg P L-1) que dans la couche labourée mais baissait rapidement avec la profondeur. Cette stratification verticale sous NT était également observée pour les teneurs en P-Olsen, P-M3 et autres nutriments comme C, N et K. Après 23 et 24 années d’essai, il y avait tendanciellement moins de racines du maïs sous NT (-14%) que sous MP, probablement à cause de la présence plus importante d’adventices sous NT. Pour le soja, il y avait beaucoup plus de racines dans la couche 0-10 cm sous NT (44% de longueur total) que sous MP (21%) et inversement dans la couche 10-20 cm. Ces différences de distribution des racines sous NT et MP correspondent à la stratification de N, P, et K.Cet ensemble de données sur la distribution des racines et du phosphore a été utilisé pour i) évaluer un modèle 1D décrivant la dynamique du P sur plusieurs décennies dans la couche labourée du sol, ii) proposer un mode d’estimation de la distribution du prélèvement dans le profil de sol, et iii) développer un modèle spatialisé 2D décrivant la dynamique du P pour le traitement sans labour. Ce modèle permet de simuler l’évolution de la disponibilité en P du sol sur le long terme quels que soient les modes de préparation du sol et le régime de fertilisation P. Même si le modèle surestime parfois la disponibilité en P à proximité de la zone fertilisée, il permet de prédire la stratification du P du sol en NT et ses conséquences sur le prélèvement de P en relation avec les propriétés du sol et le développement du système racinaire. Il pourra contribuer à améliorer le raisonnement de la fertilisation phosphatée dans le contexte du sans-labour.

Biogeochemical studies in permeable sandy sediments are recent: the role of these environments in biogeochemical cycles was neglected because of their poverty in organic matter and the complexity of transient processes affecting them. Sandy beaches are subject to various physical forcings like tide, waves and connexion with continental groundwaters. Advection is the leading mode of transport. Huge volumes of organic matter-bearing seawater are potentially filtered by permeable intertidal sediments. The main objective of this study was to characterize biogeochemical processes induced by seawater recirculation and groundwater discharge in the intertidal zone of an exposed beach: the Truc Vert beach.Seasonal monitoring of pore water properties showed that aerobic respiration processes occurred in the seawater recirculation plume. Extrapolated to the 240 km-long Aquitanian coast, these processes represent each year an annual release of 610 tons of nitrate and 4400 tons of dissolved inorganic carbon, i.e. the equivalent of the Leyre input, a small river draining a catchment area of 2000 km2 at the southeast part of the Arcachon lagoon.The benthic macrofauna is dominated by Crustaceans. These organisms have a low impact on biogeochemical cycles: the contribution of benthic macrofauna on oxygen deficits observed in the lower beach pore waters is insignificant (< 2%). Biogeochemical fluxes observed in the intertidal zone are mainly induced by the aerobic respiration of microorganisms living in the sediment. Supported by regular tidal inputs of dissolved oxygen on the pore space, these processes varied seasonnally with temperature and organic matter availability.The deployment of autonomous probes into the sediment of the intertidal zone allowed us to clarify the short-term variability of pore water properties. Extension of the intertidal saline plume evolved with the tidal amplitude. Oxygen levels measured at a given point of the beach varied slightly with the lunar cycle. This work showed that aerobic respiration processes varied mainly at the seasonal scale. The local impact of weather and swell was also evidenced.We showed the presence of a subterranean estuary in the Truc Vert beach and its dynamics was explored through the deployment of wells in the upper beach. The input of continental freshwater represents an additional source of nitrate and dissolved inorganic carbon in the coastal ocean. Chemical properties of the fresh groundwater located upstream the beach indicated a decoupling between the salinity gradient and the redox bareer within the subterranean estuary, as well as an intense CO2 degassing at the dune.This study allows to better understand the processes occuring in sandy sediments of exposed beaches and will allow to develop complex numerical models linking hydrological and biogeochemical processes. This work also provides many perspectives on the role of sandy beaches, both locally (in case of pollution, for example) and on global biogeochemical cycles, especially in relation to global warming and sea-level rise (CO2 emissions and seawater intrusion in coastal aquifers)., L’étude biogéochimique des sédiments sableux perméables est un domaine nouveau : le rôle de ces environnements dans les cycles biogéochimiques a longtemps été négligé en raison de leur pauvreté en matière organique et de la complexité des processus transitoires s’y déroulant. Les plages sableuses sont en effet soumises à de nombreux forçages physiques, dont la marée, la houle et la connexion avec l’aquifère continental. Le processus d’advection y est le mode de transport dominant. De grands volumes d’eau de mer chargée en matière organique sont plus ou moins filtrés par les sédiments perméables intertidaux. Le principal objectif de cette thèse était de caractériser les processus biogéochimiques induits par la recirculation de l’eau de mer et les apports d’eau douce dans la zone intertidale dans le cas d’une plage soumise à de fortes conditions hydrodynamiques : la plage du Truc Vert. Un suivi saisonnier des propriétés physico-chimiques des eaux porales a montré que les processus de respiration aérobie interviennent en zone intertidale, dans la lentille de recirculation de l’eau de mer. A l’échelle du littoral aquitain, ces processus représentent un apport annuel de 610 tonnes de nitrate et de 4400 tonnes de carbone inorganique dissous pour l’océan côtier, soit l’équivalent des apports de la Leyre, un petit fleuve drainant un bassin versant de 2000 km2 au sud-est du Bassin d’Arcachon. La macrofaune benthique est dominée par les Crustacés. Ces individus sont caractéristiques de ces milieux complexes, qu’ils subissent mais ne contrôlent pas : la macrofaune benthique contribue faiblement aux processus de respiration aérobie. Seuls 2% du déficit en oxygène des eaux porales du bas de plage leur est attribué en moyenne : les flux biogéochimiques observés en zone intertidale sont donc majoritairement induits par les processus de respiration aérobie des micro-organismes présents dans le sédiment. Soutenus par l’apport régulier d’oxygène dissous dans le milieu poral à chaque marée, ces processus sont également contrôlés par la température et la variabilité des apports de matière organique.Le déploiement de sondes autonomes dans le sédiment de la zone intertidale a également permis de préciser la variabilité à court terme des propriétés des eaux porales. L’extension de la lentille intertidale de recirculation de l’eau de mer est ainsi variable en fonction du marnage et les teneurs en oxygène mesurées en un point fixe de la plage varient légèrement en fonction de ce cycle. Ce travail a donc permis de démontrer que les processus de respiration aérobie varient principalement à l’échelle saisonnière. L’impact ponctuel et local des conditions météorologiques et de la houle a également été mis en évidence. Nous avons démontré l’existence d’un estuaire souterrain sous la plage du Truc Vert. La dynamique de ce système a été explorée grâce à l’installation de piézomètres en haut de plage. L’apport d’eaux douces continentales représente une source supplémentaire de nitrate et de carbone inorganique dissous pour l’océan côtier. L’étude biogéochimique de la nappe phréatique en arrière dune indique l’existence d’un découplage entre le front salin et le front redox au sein de l’estuaire souterrain, ainsi que l’existence d’un intense dégazage de CO2 au niveau de la dune.Les travaux réalisés durant cette thèse permettent de mieux comprendre les processus à l’œuvre dans les sédiments sableux des plages exposées et permettront ainsi le développement de modèles numériques complexes liant hydrologie et biogéochimie. Ils entraînent également de nombreuses perspectives à propos du rôle des plages sableuses à l’échelle locale (en cas de pollution par exemple) mais aussi sur les cycles biogéochimiques globaux, notamment en lien avec le réchauffement climatique et l’élévation du niveau marin (rejets de CO2, salinisation des aquifères côtiers).

The aim of this study was to improve our understanding of the influence of the Zostera noltii meadows of the Arcachon Bay, a seagrass meadow affected by a severe regression since the 2000’s, on the biogeochemical dynamic of the intertidal sediment of this lagoon. In such a changing coastal environment, it was important to characterize this influence on a wide range of spatial (i.e. from roots to the ecosystem) and temporal scales(i.e. tidal, diurnal, seasonal and inter-annual). In situ voltammetric measurements of the composition of porewater in an intertidal unvegetated sediment showed that (i) the vertical distribution of reduced species varied with tides and (ii) the oxygen dynamic in response to tidal and diurnal cycles was controlled by the photosynthetic activity and vertical migrations of microphytobenthos.The study of the influence of seagrasses on this dynamic by radial oxygen loss around roots was initiated with measurements of oxygen concentrations inside the lacunae of these plants. The organization of the lacunae of Zostera noltii is presented for the first time inthis study. The vertical distribution of porewater nutrients in vegetated and unvegetated sediments was characterized during the growth period of seagrasses. The presence of Zostera noltii induced a strong vertical zonation related to the depth-evolution of the balance between nutrient production stimulated by the root exudation of labile organic matter (source) and the root uptake of nutrients (sink). This study revealed the occurence of a root uptake of dissolved inorganic carbon and dissolved silica. Measurements of benthic oxygen exchanges on sediments colonized or not by Zostera noltii enabled the characterization of the seasonality and spatial heterogeneity of benthic metabolism (respiration and gross primary production) related to macrofaunal and macrophytic distribution. In vegetated sediments, the spatio-temporal variability of this benthic metabolism was highly controlled by leaves biomass. At the lagoon scale, our calculations showed that the regression of Zostera noltii meadows induced a significant decresase of mean annual respiration and production rates of the intertidal area of the lagoon.The inter annual evolution of the biogeochemistry of sediments colonized by Zostera noltii was studied in 2006 and in 2010/2011 in an area of the Arcachon Bay highly affected by the seagrass decline. In contrast to the healthy meadow in 2006, the declining meadow has increased nutrient release in sediments stimulating the production of ammonium or the dissolution of particulate phosphorus. This study shows that seagrass decay may result in a significant supply of phosphorus to the water column of a magnitude comparable to annual inputs to the lagoon from the rivers and the tidal pump., Cette étude a été menée afin de mieux comprendre l’influence de l’herbier à Zosteranoltii du Bassin d’Arcachon, herbier affecté par une sévère régression depuis les années2000, sur la dynamique biogéochimique des sédiments intertidaux de cette lagune. Dans cet environnement côtier dynamique, il s’agissait de caractériser cette influence sur demultiples échelles spatiales (i.e. de la racine à l'écosystème) et temporelles (i.e. tidale, diurne, saisonnière et interannuelle). Des mesures par voltammétrie in situ de la composition des eaux porales des sédiments intertidaux non végétalisés ont montré que (i) les distributions verticales des espèces réduites variaient avec les marées et que (ii) la dynamique de l’oxygène dissous en réponse aux cycles tidaux et diurnes était contrôlée par l’activité photosynthétique et les migrations verticales du microphytobenthos. L’étude de l’influence de l’herbier sur cette dynamique via des pertes d’oxygène au niveau des racines a été initiée en mesurant les variations des concentrations en oxygène à l’intérieur des lacunes aérifères de ces plantes. L’organisation des lacunes de Zostera noltii est présentée pour la première fois dans cette étude. La distribution verticale de nutriments dans les eaux porales de sédiments végétalisés et de sédiments nus a été caractérisée pendant la période de croissance de l’herbier. La présence de Zostera noltii a induit une zonation verticale marquée de cette distribution qui reflète l’évolution avec la profondeur de l’équilibre entre la production de nutriments résultant de l’exsudation de matière organique labile par les parties souterraines de la plante (source) et le pompage de ces nutriments par les racines (puits). L’existence d’un pompage de carbone inorganique dissous et de silice dissoute par les racines de l’herbier a été mise en évidence. Des mesures d’échanges benthiques d’oxygène dissous sur des sédiments nus et colonisés par Zostera noltii ont permis de caractériser la saisonnalité et l’hétérogénéité spatiale du métabolisme benthique (respiration et production primaire brute) en relation avec les distributions d’herbier et/ou de macrofaune benthique. Dans les sédiments végétalisés, la forte variabilité spatio-temporelle de ce métabolisme benthique était largement contrôlée par la biomasse de feuilles d’herbier. A l’échelle de la lagune, nos calculs ont montré que la regression de l’herbier à Zostera noltii entre 2005 et 2007 a induit une diminution significative des taux de respiration et de production de la zone intertidal de la lagune. L’évolution interannuelle de la biogéochimie de sédiments colonisés par Zostera noltii a été étudiée en 2006 et en 2010/2011 sur une zone située dans une partie du Bassin d’Arcachon particulièrement affectée par le déclin des herbiers (secteur de Cassy). Contrairement aux observations réalisées sur l’herbier bien portant en 2006, l’herbier en déclin augmenterait le relargage de nutriments dans les sédiments via la stimulation de la production d’ammonium ou de la dissolution du phosphore particulaire. La régression des herbiers fournirait un apport significatif de phosphore vers la colonne d’eau de la lagune, d’une magnitude comparable aux apports par les rivières ou à ceux liés au pompage tidal.

The production, transformation, emission and burial of carbon at the land-ocean interface are globally significant, but rather poorly quantified in tropical regions. The increasing atmospheric concentrations of dioxide carbon (CO2) and methane (CH4) alerts to the importance and necessity of monitoring and quantifying the concentrations and fluxes of these greenhouse gases at coastal zone. The present doctoral thesis was divided into several chapters. Chapter 1 presents a general introduction to the thesis. Chapter 2 corresponds to a general introduction which focuses on the state of art of knowledge of the thesis subject, dealing with the CO2 and CH4 dynamics in estuaries. Chapter 3 describes the system applied for the online and continuous measurements of the aquatic partial pressure of CO2 (pCO2) and compares its estimate between the method of the continuous measurements with indirect estimates based on calculations with total alkalinity and pH in two contrasting Brazilian estuaries. One being the marine dominated and highly anthropogenically disturbed Guanabara Bay (State of Rio de Janeiro, SE-Brazil) and the other, the oligotrophic Sao Francisco River Estuary (State of Alagoas, NE-Brazil), impacted by dams. For Guanabara Bay, the measured and calculated pCO2 values showed an excellent agreement (R2 = 0.95, p < 0.0001). In contrast, the Sao Francisco estuary, showed good agreements between both methods in the estuarine mixing zone but not for it´s freshwater end member samples, which yielded substantial overestimations for the calculated pCO2. The average overestimation was 72%, reaching 737%. These discrepancies were attributed to the interference of organic alkalinity in the calculations particular in acid, poorly buffered freshwaters. Chapters 4 and 5 correspond to the part of this study, addressing the results of the temporal and spatial variations of CO2 and CH4 concentrations and atmospheric exchanges in Guanabara Bay. The study was conducted between April 2013 and April 2014, with continuous on line monitoring along trajectories of pCO2, temperature, salinity, fluorescence and dissolved oxygen. In addition, discrete sampling was performed at fixed stations along the trajectories for CH4, Chlorophyll a and dissolved inorganic nutrients. The annual concentrations of CO2 and CH4 ranged between 22-3715 ppmv and 18-10350 nmol L-1, respectively. Marked undersaturations of pCO2 were prevalent in shallow, confined and stratified waters especially at summertime, whereas oversaturations were restricted to the vicinity of the polluted river mouths and effluent discharge. The CO2 presented diurnal variations related to the processes of photosynthesis and respiration, with higher values at nigh-time period. CH4 was oversaturated in all samples, with higher concentrations primarily in the polluted regions. Methanogenesis seemed to be low in the sampled regions due to the competition with sulphate-reduction, with the major part of the CH4 sustained by allochthonous sources, derived from the sewage network. In contrast to the major part of the world´s estuarine systems, Guanabara Bay was considered a strong sink of CO2 due to concomitant effects of high photosynthetically active radiation intensity (PAR), thermal stratification and net autotrophy (autotrophic metabolism of 52.1 mol C m-2 yr-1). [...], Les taux de production, transformation, émission et sédimentation de carbone à l’interface continent-océan sont significatifs à l’échelle globale, mais encore sujets à de fortes incertitudes en particulier dans les régions tropicales. De même, l’augmentation des concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone (CO2) et de méthane (CH4), oblige la communauté scientifique à développer des méthodes pour quantifier les concentrations et les flux dans la zone côtière. Cette thèse se présente sous forme de 5 chapitres. Les chapitres 1 et 2 présentent une introduction générale et l’état de l’art sur la dynamique du CO2 et du CH4 dans les systèmes estuariens. Le chapitre 3 décrit le système de mesure en temps réel de la pression partielle en CO2 (pCO2), ainsi qu’une comparaison de ces mesures directes avec les estimations indirectes à partir de l’Alcalinité et du pH de l’eau dans deux estuaires brésiliens contrastés : la baie de Guanabara, (Etat de Rio de Janeiro), et l’estuaire du fleuve São Francisco (Etat d’Alagoas). Dans la baie de Guanabara, un estuaire à dominance marine et fortement impacté par les activités anthropiques, les valeurs de pCO2 calculées et mesurées sont très cohérentes (R2 = 0.95, p < 0.0001). Au contraire, dans l’estuaire du São Francisco, où la totalité du gradient salin a été échantillonné, des surestimations importantes des pCO2 calculées par rapport aux valeurs mesurées ont été observées dans certains échantillons d’eau douce ; la surestimation moyenne pour l’estuaire était de 74%, atteignant des valeurs extrêmes de 737%. Ces erreurs sont attribuées à une contribution d’alcalinité organique et à un faible pouvoir tampon dans les eaux douces aux pH acides et aux faibles valeurs d’alcalinité. Les chapitres 4 et 5 présentent les variations spatio-temporelles des concentrations et flux de CO2 et de CH4 à l’interface eau-atmosphère dans la baie de Guanabara. L’étude a été conduite entre Avril 2013 et Avril 2014, avec des mesures continue de pCO2, température, salinité, fluorescence e oxygène dissous (OD). Un échantillonnage discret a été réalisé pour déterminer les concentrations en CH4, Chlorophylle et nutriments inorganiques dissous. Les concentrations de CO2 et CH4 variaient entre 22 et 3715 ppmv et entre 18 et 10350 nmol L-1, respectivement. Des sous-saturations marquées en CO2 prédominaient dans les eaux peu profondes, confinées et stratifiées thermiquement principalement en été, tandis que les sursaturations en CO2 étaient restreintes aux régions proximales aux débouchés de fleuves et aux rejets d’eaux usées urbaines. Les concentrations en CO2 variaient aussi à l’échelle diurne en fonction de l’activité de photosynthése et de respiration, avec des maximaux en fin de nuit. Tous les échantillons étaient sursaturés en CH4, avec des concentrations maximales à proximité des rejets urbains. Cette distribution suggère que la production de CH4 dans les sédiments de la baie est faible du fait de la compétition entre sulfato-réduction et méthanogénèse, la majorité du CH4 provenant d’apports en provenance du réseau d’égout. Contrairement à la plupart des systèmes estuariens, la baie de Guanabara se comporte comme un puits de CO2, favorisé par de fortes radiations lumineuses, une stratification thermique et une grande disponibilité en nutriments, qui génèrent des floraisons phytoplanctoniques et un métabolisme autotrophe de 52,1 mol C m-2 an-1. [...], As taxas de produção, transformação, emissão e sedimentação de carbono na interface terra-mar são significantes globalmente, porém pobremente quantificadas nas regiões tropicais. O aumento acelerado nas concentrações atmosféricas de dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4) alerta a importância do monitoramento e quantificação das concentrações e fluxos desses gases do efeito estufa na zona costeira. A redação da presente tese foi separada em capítulos. Os capítulos 1 e 2 apresentam a introdução geral do trabalho e o estado da arte do conhecimento da temática da tese, sobre a dinâmica de CO2 e CH4 em estuários. O capítulo 3 contém a descrição do sistema de medição contínua e on-line da pressão parcial do CO2 (pCO2) e comparações entre as medições contínuas com estimativas indiretas calculadas a partir da alcalinidade total (AT) e pH da água em dois estuários contrastantes: a Baía de Guanabara, Rio de Janeiro, e o estuário do Rio São Francisco, AL. Na Baía de Guanabara, um estuário dominado pela forçante marinha e altamente impactado por atividades antrópicas, os valores calculados e medidos da pCO2 mostraram excelente concordância (R2 = 0.95, p < 0.0001). Em contraste, no estuário do Rio São Francisco, onde o gradiente salino completo foi amostrado, importantes superestimativas foram verificadas nos valores calculados em algumas amostras de água doce. A superestimativa média foi de 72%, chegando ao valor extremo de 737%. Esses erros foram atribuídos à contribuição da alcalinidade orgânica e à baixa capacidade de tamponamento do sistema carbonato sob condições de água doce, de baixo pH e baixa AT. Os capítulos 4 e 5 apresentam os resultados das variações temporais e espaciais nas concentrações e fluxos de CO2 e CH4 na interface água-atmosfera na Baía de Guanabara. O estudo foi conduzido entre Abril de 2013 e Abril de 2014 com monitoramento contínuo da pCO2, temperatura, salinidade, fluorescência e oxigênio dissolvido (OD). Amostragens discretas foram realizadas para CH4, clorofila a e nutrientes inorgânicos dissolvidos. As concentrações anuais de CO2 e CH4 variaram entre 22-3715 ppmv e 18-10350 nmol L-1, respectivamente. Marcantes subsaturações da pCO2 na água em relação à pCO2 atmosférica foram prevalentes em águas rasas, confinadas e termicamente estratificadas principalmente no verão, enquanto supersaturação foi restrita às proximidades da desembocadura de rios poluídos e efluentes de esgotos. O CO2 também apresentou variações diuturnas em função dos processos de fotossíntese e respiração, com maiores valores no período noturno. O CH4 apresentou sobressaturação em todas as amostras, com as concentrações mais altas próximas de localidades com maior influência antrópica. A produção de metano pareceu ser pequena na região amostrada em função da competição com a redução de sulfato, sendo a maior parte do CH4 sustentada por fontes alóctones (rios poluídos e esgoto doméstico). Contrariamente à maioria dos sistemas estuarinos, a Baía de Guanabara foi considerada um sumidouro anual de CO2 em função da concomitância entre alta incidência de radiação fotossinteticamente ativa (PAR), estratificação térmica e alta disponibilidade de nutrientes, que promoveram grandes florações de fitoplâncton e autotrofia (metabolismo autotrófico de 52,1 mol C m-2 ano-1).