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This dataset contains the complete expedition report, the expedition map as well as a list of stations and sampling types. The 2019 Expedition Report describes scientific expedition carried out on the CCGS Amundsen in the Canadian Arctic between May 30 and September 10, 2019. The report is a collection of all the participating research teams’ Cruise reports assembled by the Chief Scientists at the end of Leg 1, Leg 2 and Leg 3 of the CCGS Amundsen Expedition. The 2019 Expedition Report is divided into two parts: Part I gives an overview of the expedition, shows the cruise track and the stations visited and provides a synopsis of operations conducted during each of the four legs. Part II contains the reports submitted by participating science teams or researchers, with details on the specific objectives of their project, the field operations conducted and methodology used, and in some cases, preliminary results. When results are presented, they show the data as they were submitted at the end of the legs in 2019. The data presented in the report are illustrative only and have not been quality checked, thus parties interested in the results should contact the project leader or the researchers who collected the data. The sections in Part II describing each project are organized with atmospheric, surface ocean and sea ice components first, followed by water column properties, which include the mooring and buoy program, CTD-Rosette operations and physical properties, as well as a suite of chemical and biological parameters. Contaminants cycling in seawater are presented as well. Subsequent sections cover benthos sampling, sediments sampling and seabed mapping. The four Appendices provide information about the location, date, time and type of sampling performed at each station visited by the ship, as well as a list of science participants onboard during each leg. The core oceanographic data generated by the CTD-Rosette operations, as well as meteorological information (AVOS) and data collected using the Moving Vessel Profiler (MVP), the ship-mounted current meter (SM-ADCP) and the thermosalinograph (TSG) are available in the [**Polar Data Catalogue (PDC)**](https://www.polardata.ca/pdcsearch/?doi_id=12713) It is possible to consult an [**interactive map**](https://data.amundsen.ulaval.ca/) including all the years of expeditions and the different trajectories (LEG) associated with them., Ce jeu de données contient le rapport d'expédition complet, la carte de l'expédition ainsi qu'une liste des stations et les types d'échantillonnage. Le rapport décrit l'expédition scientifique menée dans l'Arctique canadien entre le 30 mai et 10 septembre 2019. Le rapport d'expédition 2019 est une collection de tous les rapports de croisière produits par les équipes de recherche participant à l'expédition estivale 2019 du NGCC à Amundsen et rassemblés par les scientifiques en chef au bout de leur étape. Le rapport d'expédition 2019 est divisé en deux parties : La première partie donne un aperçu de l'expédition, ainsi que la trajectoire du navire, les stations visitées et un synopsis des opérations menées. La deuxième partie contient les rapports soumis par les équipes scientifiques ou les chercheurs participants, avec des détails sur les objectifs spécifiques de leur projet, les opérations de terrain menées et la méthodologie utilisée, et dans certains cas, les résultats préliminaires. Lorsque les résultats sont présentés, ils présentent les données telles qu'elles ont été soumises à la fin des étapes en 2019. Les données présentées dans le rapport sont fournies à titre indicatif uniquement et n'ont pas fait l'objet d'un contrôle de qualité. Par conséquent, les parties intéressées par les résultats doivent contacter le responsable du projet ou les chercheurs qui ont collecté les données. Les sections de la partie II décrivant chaque projet sont organisées en fonction des composantes atmosphériques, océaniques de surface et de glace de mer, suivies par les propriétés de la colonne d'eau, qui incluent le programme d'amarrage, le fonctionnement et les propriétés physiques de la rosette CTD, ainsi qu'une série de paramètres chimiques et biologiques. Les contaminants qui se reproduisent dans l'eau de mer sont également traités. Les sections suivantes portent sur l'échantillonnage du benthos, l'échantillonnage des sédiments et la cartographie des fonds marins. Le rapport d'expédition 2019 comprend également quatre annexes couvrant les caractéristiques des échantillonnage menées à chacune des stations visitées et la liste des participants à bord pour chaque étape. Les principales données océanographiques générées par les opérations du CTD-Rosette, ainsi que les informations météorologiques (AVOS, Environnement Canada) et les données collectées à l'aide du Moving Vessel Profiler (MVP), du compteur de courant embarqué (SM-ADCP) et du thermosalinographe (TSG) sont disponibles dans le [**catalogue de données polaires (PDC)**](https://www.polardata.ca/pdcsearch/?doi_id=12713) Il est possible de consulter une [**carte interactive**](https://data.amundsen.ulaval.ca/) comprenant toutes les années d'expéditions et les différents trajectoires (LEG) qui y sont associées.

This dataset contains the complete report, the expedition map as well as a list of stations and sampling types. The 2005 Expedition Report describes the scientific expedition carried out in the Canadian Arctic between August 05 and October 26, 2005. The report is a collection of all the participating research teams’ Cruise Reports provided to the Chief Scientists at the end of each Legs of the 2005 CCGS Amundsen Expedition. The 2005 Expedition Report is divided into two parts: Part I provides an overview of the expedition, the cruise track and the stations visited, and a synopsis of operations conducted during each Leg. Part II contains the reports submitted by participating science teams or researchers, with details on the specific objectives of their project, the field operations conducted and methodology used, and in some cases, preliminary results. When results are presented, they show the data as they were submitted at the end of the Legs in 2005. The data presented in this report are illustrative only and have not been quality checked, thus parties interested in the results should contact the project leader or the researchers who collected the data or the data coordinator at Amundsen Science (amundsen.data@as.ulaval.ca). The 2005 Expedition Report includes four appendices: 1) the list of stations sampled, 2) the scientific log of activities conducted, 3) a copy of the CTD logbook and 4) the list of participants on board during each leg. The core oceanographic data generated by the CTD-Rosette operations, as well as meteorological information (AVOS) and data collected using the Moving Vessel Profiler (MVP), the ship-mounted current meter (SM-ADCP) and the thermosalinograph (TSG) are available in the Polar Data Catalogue (PDC) at www.polardata.ca., Ce jeu de données contient le rapport d'expédition complet, la carte de l'expédition ainsi qu'une liste des stations et les types d'échantillonnage. Le rapport décrit l'expédition scientifique menée dans l'Arctique canadien entre le 05 août et 26 octobre 2005. Le rapport d'expédition 2005 est une collection de tous les rapports de croisière produits par les équipes de recherche participant à l'expédition estivale 2005 du NGCC à Amundsen et rassemblés par les scientifiques en chef au bout de leurs étapes. Le rapport d'expédition 2005 est divisé en deux parties : La première partie donne un aperçu de l'expédition, ainsi que la trajectoire du navire, les stations visitées et un synopsis des opérations menées durant chaque Leg. La deuxième partie contient les rapports soumis par les équipes scientifiques ou les chercheurs participants, avec des détails sur les objectifs spécifiques de leur projet, les opérations de terrain menées et la méthodologie utilisée, et dans certains cas, les résultats préliminaires. Lorsque les résultats sont présentés, ils présentent les données telles qu'elles ont été soumises à la fin des étapes en 2005. Les données présentées dans le rapport sont fournies à titre indicatif uniquement et n'ont pas fait l'objet d'un contrôle de qualité. Par conséquent, les parties intéressées par les résultats doivent contacter le responsable du projet ou les chercheurs qui ont collecté les données ou la personne responsable des données chez Amundsen Science (amundsen.data@as.ulaval.ca). Le rapport d'expédition 2005 comprend également quatre annexes : 1) la liste des stations échantillonnées, 2) le journal scientifique des activités menées, 3) une copie du journal de bord du CTD et 4) la liste des participants à bord pour chaque étape. Les principales données océanographiques générées par les opérations du CTD-Rosette, ainsi que les informations météorologiques (AVOS, Environnement Canada) et les données collectées à l'aide du Moving Vessel Profiler (MVP), du compteur de courant embarqué (SM-ADCP) et du thermosalinographe (TSG) sont disponibles dans le catalogue de données polaires (PDC) à l'adresse www.polardata.ca

This dataset contains the complete report, the expedition map as well as a list of stations and sampling types. The 2021 Expedition Report describes the scientific expedition carried out in the Canadian Arctic between July 04 and November 3, 2021. The report is a collection of all the participating research teams’ Cruise Reports provided to the Chief Scientists at the end of each Leg of the 2021 CCGS Amundsen Expedition. The 2021 Expedition Report is divided into two parts: Part I gives an overview of the expedition, shows the cruise track and the stations visited and provides a synopsis of operations conducted during each of the five legs. Part II contains the reports submitted by participating science teams or researchers, with details on the specific objectives of their project, the field operations conducted and methodology used, and in some cases, preliminary results. When results are presented, they show the data as they were submitted at the end of the legs in 2021. The data presented in the report are illustrative only and have not been quality checked, thus parties interested in the results should contact the project leader, the researchers who collected the data or Amundsen Science’s Data Coordinator (amundsen.data@as.ulaval.ca). The sections in Part II describing each project are organized with atmospheric, surface ocean and sea ice components first, followed by water column properties, which include the mooring and buoy program, CTD-Rosette operations and physicochemical properties, as well as a suite of biological parameters and benthos sampling. Subsequent sections cover sediments sampling and seabed mapping. Five Appendices are included, documenting visited stations and performed sampling as well as a list of science participants onboard during each leg. A description of each ROV dive is also attached. [**Summaries of the 2021 expedition**](https://catalogue.ogsl.ca/dataset/ca-cioos_f77fe17d-c2cb-4edd-b76e-1e4ff45ceaa3) are also available in 3 languages (French, English, inuktitut). The core oceanographic data generated by the CTD-Rosette operations, as well as meteorological information (AVOS) and data collected using the Moving Vessel Profiler (MVP), the ship-mounted current meter (SM-ADCP) and the thermosalinograph (TSG) are available in the [**Polar Data Catalogue (PDC)**](https://www.polardata.ca/pdcsearch/?doi_id=12713) It is possible to consult an [**interactive map**](https://data.amundsen.ulaval.ca/) including all the years of expeditions and the different trajectories (LEG) associated with them., Ce jeu de données contient le rapport d'expédition complet, la carte de l'expédition ainsi qu'une liste des stations et les types d'échantillonnage. Le rapport décrit l'expédition scientifique menée dans l'Arctique canadien entre le 04 juillet et 03 novembre 2021. Le rapport d'expédition 2021 est une collection de tous les rapports de croisière produits par les équipes de recherche participant à l'expédition estivale 2021 à bord NGCC Amundsen et rassemblés par les scientifiques en chef au bout de chaque étape de l'expédition. Le rapport d'expédition 2021 est divisé en deux parties : La première partie donne un aperçu de l'expédition, ainsi que la trajectoire du navire, les stations visitées et un synopsis des opérations menées. La deuxième partie contient les rapports soumis par les équipes scientifiques ou les chercheurs participants, avec des détails sur les objectifs spécifiques de leur projet, les opérations de terrain menées et la méthodologie utilisée, et dans certains cas, les résultats préliminaires. Lorsque les résultats sont présentés, ils présentent les données telles qu'elles ont été soumises à la fin de chacune des étapes de l'expédition en 2021. Les données présentées dans le rapport sont fournies à titre indicatif uniquement et n'ont pas fait l'objet d'un contrôle de qualité. Par conséquent, les parties intéressées par les résultats doivent contacter le responsable du projet ou les chercheurs qui ont collecté les données ou la prsonne responsable des données chez Amundsen Science (amundsen.data@as.ulaval.ca). Les sections de la partie II décrivant chaque projet sont organisées sous forme de rapport multidisciplinaires. Les différents sections couvrent essentiellement les échantillonnages de sédiment, de la colonne d'eau, ainsi que la cartographie des fond marins. Les cinq annexes couvrent les caractéristiques des échantillonnages menées à chacune des stations visitées et la liste des participants à bord du navire NGCC Amundsen pour chaque étape. Une description des plongées effectuées avec le ROV est présenté également. Des [**résumés de l'expédition de 2021**](https://catalogue.ogsl.ca/dataset/ca-cioos_f77fe17d-c2cb-4edd-b76e-1e4ff45ceaa3) sont aussi disponibles en 3 langues (français, anglais, inuktitut). Les principales données océanographiques générées par les opérations du CTD-Rosette, ainsi que les informations météorologiques (AVOS, Environnement Canada) et les données collectées à l'aide du Moving Vessel Profiler (MVP), du compteur de courant embarqué (SM-ADCP) et du thermosalinographe (TSG) sont disponibles dans le [**catalogue de données polaires (PDC)**](https://www.polardata.ca/pdcsearch/?doi_id=12713). Il est possible de consulter une [**carte interactive**](https://data.amundsen.ulaval.ca/) comprenant toutes les années d'expéditions et les différents trajectoires (LEG) qui y sont associées.

Invisible to the naked eye but very present, microorganisms are part of all ecosystems, and are mostly organized in complex communities called "biofilms". In order to derive general laws of their functioning, my thesis work is dedicated to a simplified multispecies biofilm model. The characterization of the development of this adherent community directed us towards the question of the dynamics of O2 in this system. Therefore, I developed an original experiment to map in situ and in real time the evolution of the O2 level. I first characterized the O2 dynamics in the absence of the biofilm. Then I determined the 3D spatiotemporal mapping of O2 during biofilm development. This allowed me to demonstrate the emergence of O2 gradients that I related to key events in the phenotypic development of the biofilm. O2 balance emerged here as a major factor in multispecies community structuring in a feedback loop where community development alters O2 distribution which alters community development. I also studied the ability of a 5th species to colonize the biofilm at different stages of development. I found that the installation of the 5th species is very limited when the biofilm pre-exists and this pre-existing biofilm determines the installation pattern of the 5th species in co-colonization mode. Finally, I will conclude on the major importance of environmental properties and O2 balance in the mechanisms of biofilm formation and give perspectives for further understanding and linking to biological properties.; Invisible à l’œil nue mais très présents, les microorganismes font partie de tous les écosystèmes, et sont pour la plupart organisés en communautés complexes dites « biofilms ». Afin de dégager des lois générales de leur fonctionnement, mon travail de thèse est dédié à un modèle de biofilm multiespèces simplifié. La caractérisation du développement de cette communauté adhérente nous a orienté vers la question de la dynamique de l’O2 dans ce système. J’ai donc mis au point une expérience originale pour cartographier in situ et en temps réel l'évolution du niveau d'O2. J’ai d’abord caractérisé la dynamique de l’O2 en absence du biofilm. J’ai ensuite déterminé la cartographie spatiotemporelle 3D de l’O2 lors du développement du biofilm. J’ai pu ainsi démontrer l’émergence des gradients d’O2 que j’ai mis en relation avec les événements clés du développement phénotypique du biofilm. L’équilibre de l’O2 est apparu ici comme un facteur majeur de la structuration de la communauté multiespèces dans une boucle de rétroaction où le développement de la communauté altère la distribution de l’O2 qui altère le développement de la communauté. J’ai aussi étudié la capacité d’une 5ème espèce à coloniser le biofilm à différents stades de son développement. J’ai trouvé que l’installation de la 5ème espèce est très limitée lorsque le biofilm préexiste et qu’il détermine le schéma d’installation de la 5ème espèce en mode de co-colonisation. Enfin, je conclurai sur l’importance majeure des propriétés de l’environnement et de l’équilibre de l’O2 dans les mécanismes de formation des biofilms et donnerai des perspectives pour en approfondir la compréhension et le lien aux propriétés biologiques.

Lakes in the Arctic and tropical Andes are experiencing some of the largest temperature increases on the planet with coeval marked limnological changes, but little data exist on water balance parameters from these regions. Here, we present a unique data set of water stable isotope composition (δ¹⁸O and δ²H) from a suite of 49 waterbodies in the Canadian Arctic (Resolute Bay, Cornwallis Island, and Cape Herschel, Ellesmere Island) and the tropical Andes (Cajas National Park, Ecuador) spanning various years from 2009 to 2016. We show that an increase in air temperature over the study period resulted in evaporative enrichment of water isotopes in most Arctic sites highlighting the significance of evaporative losses to small Arctic ponds during the prolonged ice-free summers now experienced in this part of the world. Exceptions include some Arctic waterbodies that received abundant snowmelt and large, ice-covered lakes less prone to evaporation. Data from the Andean lakes indicated evaporative effects were minimal due to abundant precipitation. These data, in combination with limnological records and paleolimnological research from each region, provide a holistic view on how freshwater ecosystems are responding to recent warming in climatically sensitive Arctic and Andean environments.

Cours : Changement climatique et cycle du carbone continental. Le cours a été consacré à la séquestration partielle du CO2 anthropique par la biosphère terrestre. Nous avons abordé la complexité de la réponse du cycle du carbone conduisant à de multiples rétroactions géochimiques et climatiques. CO2 atmosphérique et cycle du carbone continental global Aujourd’hui, la concentration atmosphérique en gaz carbonique est d’environ 400 parties par million (ppm) alors qu’elle était de 280 ppm avant le début ...

SUMMARY The Fe protein of the nitrogenase of the unicellular Cyanobacterium Gloeothece (Nageli) sp. ATCC 27152 can be resolved by SDS–PAGE into two antigenically detectable components of approximate Mr 38500 and 40000 respectively. The larger form of this protein may be produced by modification of the smaller form. Modification of the Fe protein is promoted under conditions where O2 (but not O2− or H2O2) has increased access to the enzyme, but does not allow nitrogenase to function under conditions of O2 stress. During growth of Gloeothece under alternating light and darkness, antigenically detectable Fe protein is absent throughout most of the light period. The restriction of nitrogenase activity to the period of darkness is better explained in terms of regulation of nitrogenase synthesis and degradation than by reversible modification of a constant intracellular concentration of Fe protein. However, newly synthesized Fe protein always appeared initially as its larger form, which may be catalytically inactive in aerobic cultures of Gloeothece. Conversion of this form to the smaller, assumed active, form of the Fe protein may be an additional factor in explaining the increase in nitrogenase activity that occurs during the first few hours of each dark phase.

In a study on the mechanism of stimulated petiole elongation in submerged plants, oxygen concentrations in petioles of the flood-tolerant plant Rumex palustris were measured with micro-electrodes. Short-term submergence lowered petiole partial oxygen pressure to c. 19 kPa whereas prolonged submergence under continuous illumination depressed oxygen levels to c. 8-12 kPa after 24 h. Oxygen levels in petioles depended on the presence of the lamina, even in submerged conditions, and on available light. In darkness, petiole oxygen levels in submerged plants dropped quickly to values as low as 0.5-4 kPa. It is hypothesized that prolonged submergence in the light is accompanied by a decrease in carbon dioxide in the petiole. Submergence-enhanced petiolar elongation rate was compared with emergent plants. Peak daily elongation rates occurred at the end of the dark period in emergent plants, but in the middle of the light period in submerged plants. We suggest that this shift in daily elongation pattern is induced by dependence of growth on photosynthetically derived oxygen in submerged plants. Implications of reduced oxygen for ethylene production are raised. Levels of 1- aminocyclopropane-1-carboxylic acid synthase and 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase and ethylene sensitivity are cited as potential factors in hypoxia-induced ethylene release.

Here we propose a comprehensive study on the biodiversity and ecology of mesopelagic fishes from the Southwestern Tropical Atlantic (SWTA). For that, we combined information on the diversity, abundance, distribution, trophic ecology, and physical and chemical habitat of thousands of mesopelagic specimens recently collected on the surveys of the project ABRACOS (Acoustics along the BRAzilian COaSt; 2015 and 2017). This thesis is organized over a general introduction, two main chapters, and a conclusion. In the first chapter, organized over nine articles, we addressed the biodiversity, distribution, and morphometrical aspects of mesopelagic fishes, providing the first baseline of mesopelagic fish biodiversity from the SWTA. In the first article, which included a synthesis of the mesopelagic fish fauna in the area, we showed that a relatively high number of taxa occurs in the study area, including at least 24 orders, 56 families, and 207 species. From those, nine species (4%) are potentially new and 61 (30%) represented new records for Brazilian waters. Five families were predominant and accounted for 52% of the diversity of taxa, 90% of the specimens collected, and 72% of the total biomass: Myctophidae, Stomiidae, Gonostomatidae, Melamphaidae, and Sternoptychidae. In six complementary articles, we detailed the diversity, distribution, and morphometry of the following fish groups: Trichiuridae, Howelidae, Caristiidae, Argentiniformes, Stephanoberycoidei, and Ceratioidei. In these studies, we not only report the new occurrence of species in the SWTA, but also reviewed, re-identified, and discussed previously records of mesopelagic species along the SWTA. Finally, in two articles we provided novel length-weight relationships for twenty-three species.In the second chapter, organized over three articles, we addressed the ecology of the most important (in terms of abundance and biomass) species identified in chapter one: Sternoptychidae (hatchetfishes), Myctophidae (lanternfishes), and the viperfish Chauliodus sloani. We pointed out which species in the SWTA vertically migrate to the surface to feed at night and actively transport the ingested carbon to deep waters during daylight. Moreover, we showed how it might be related to physical-chemical features. We demonstrated that several species occupy an important trophic position by consuming zooplankton and providing forage for numerous epipelagic and deep-sea predators. Additionally, we showed high consumption of gelatinous organisms, a crucial trophic relationship that has been historically underestimated. By combining all the information, we demonstrated that mesopelagic fishes are segregated into functional groups with different diet preferences, isotopic composition, vertical abundance peaks, and responses to environmental constraints (temperature and oxygen). As an example, we defined five functional groups for hatchetfishes, whereas over three patterns of prey preference and four patterns of migratory behaviour for lanternfishes. These patterns reveal a high resource partitioning and several mechanisms to avoid competitive exclusion. Finally, through the study case of the viperfish we explored how physical drivers affect the ecology of mesopelagic species and how these relationships are likely to change over large oceanic areas. We showed that the ecology and functional roles of the viperfish are expected to be modulated by the latitudinal change in temperature. For instance, in most tropical regions the viperfish stay full-time feeding, excreting, and serving as prey at deep layers. On the contrary, in temperate regions, the viperfish ascend to superficial waters where it trophically interacts with epipelagic predators and may release carbon where remineralization is the greatest. Information presented here significantly contributes to the overall understanding of the biodiversity and ecology of several deep-sea species.; L’objectif de cette thèse est de proposer une étude intégrée de la biodiversité et l'écologie des poissons mésopélagiques de L'Atlantique tropical sud-ouest (ATSO). Pour cela, nous avons combiné des informations sur la diversité, l'abondance, la distribution, l'écologie trophique et l'habitat physique et chimique de milliers de spécimens mésopélagiques collectés en 2015 et 2017 dans le cadre du projet ABRACOS (Acoustics along the BRAzilian COaSt). Dans le premier chapitre, organisé sous la forme de neuf articles, nous proposons une révision de la biodiversité, la distribution et la morphométrie des poissons mésopélagiques de l’ATSO. Les résultats du premier et principal article montrent que l’ATSO recèle un nombre élevé de taxons, dont au moins 24 ordres, 56 familles et 207 espèces. Parmi celles-ci, neuf espèces (4%) sont potentiellement nouvelles et 61 (30%) représentent de nouveaux records pour les eaux brésiliennes. Les cinq familles dominantes, Myctophidae, Stomiidae, Gonostomatidae, Melamphaidae et Sternoptychidae, représentaient 52 % de la diversité taxonomique, 90 % des spécimens collectés et 72 % de la biomasse totale. Dans six articles complémentaires, nous proposons des études détaillées de la diversité, la distribution et la morphométrie des groupes suivants: Trichiuridae, Howelidae, Caristiidae, Argentiniformes, Stephanoberycoidei et Ceratioidei. Enfin, dans deux articles, nous fournisons de nouvelles relations longueur-poids pour vingt-trois espèces. Dans le deuxième chapitre, organisé sous la forme de trois articles, nous avons abordé l'écologie des espèces les plus importantes (en termes d’abondance et de biomasse) identifiées au premier chapitre. Nous identifions les espèces qui migrent verticalement vers la surface pour se nourrir la nuit et transporter activement le carbone ingéré vers les eaux profondes pendant la journée. De plus, nous avons montré comment ces patrons de distribution verticale peuvent être liés aux caractéristiques physico-chimiques. Nous avons démontré que plusieurs espèces occupent une position trophique pivot en consommant du zooplancton et en fournissant du fourrage à de nombreux prédateurs épipélagiques et d'eaux profondes. En outre, nous montrons que les organismes gélatineux sont des proies importantes des poissons mésopélagiques, illustrant ainsi une relation trophique cruciale qui a été historiquement sous-estimée. En combinant toutes ces informations, nous avons démontré que les poissons mésopélagiques sont séparés en différents groupes fonctionnels en termes de préférence alimentaire, composition isotopique, pic d'abondance verticale et de réponse aux contraintes environnementales (température et oxygène). À titre d'exemple, nous avons défini cinq groupes fonctionnels pour les poissons hachette, et plus de trois modèles de préférence alimentaire et quatre modèles de comportement migratoire pour les poissons lanterne. Ces schémas révèlent une forte partition des ressources et plusieurs mécanismes pour éviter l'exclusion compétitive. Enfin, à travers le cas d'étude de le poisson-vipère, nous avons exploré comment les facteurs physiques affectent l'écologie des espèces mésopélagiques et comment ces relations sont susceptibles de changer dans les grandes zones océaniques. Nous avons montré que l'écologie et les rôles fonctionnels de le poisson-vipère semblent être modulés par le changement latitudinal de température. Par exemple, dans la plupart des régions tropicales, ces poissons se nourrissent, excrétent et servent de proies en continu dans les couches profondes. Au contraire, dans les régions tempérées, les poissons-vipère remontent vers les eaux superficielles où ils interagissent avec les prédateurs épipélagiques libérant ainsi du carbone à une profondeur où la reminéralisation est la plus importante. Les informations présentées ici contribuent à la compréhension globale de la biodiversité et de l'écologie de plusieurs espèces d'eaux profondes.

The allis shad Alosa alosa is an anadromous fish species whose populations have shown an important decline throughout the last decades. The main causes put forward to explain this decline are overfishing, habitat degradation and loss, connectivity breaks on migratory paths, and climate change. In particular, the early stages of life of A. alosa are exposed to numerous pressures (search for prey, risk of predation, physical and chemical connectivity breaks, physiological adaptation related to osmoregulation...) which can have an influence on the success of their continental phase and downstream migration. However, this critical phase is very little documented. Given the difficulties to identify and capture allis shad in the wild, ex-situ experiments have been carried out. Young allis shad were reared during their first three months of life in semi-natural conditions (artificial rivers) offering different habitats. The habitat selection and the behaviour of juvenile were analysed basing on direct observations and video monitoring. New information was also acquired on their feeding and their movements in freshwater. Another experiment was carried out in order to assess the tolerance of those organisms to combined stresses of temperature and hypoxia, based on behavioural indicators. This work provides new knowledge on the ecology of the young stages of life of the species and allows discussion on its status, particularly in the Gironde-Garonne-Dordogne watershed where no clear signs of recovery have been detected for the local population despite a fishery moratorium adopted in 2008. This information would be of interest to improve management practices and to anticipate trends in shad populations in the current context of global change., La grande alose Alosa alosa est une espèce de poisson migratrice anadrome dont les populations ont fortement décliné au cours des dernières décennies. Les principales causes avancées pour expliquer ce déclin sont la surpêche, la dégradation et la perte d'habitats, les ruptures de connectivité sur les voies de migration et le changement climatique. En particulier, les premiers stades de vie d'A. alosa sont soumis à de nombreuses pressions (recherche de proies, risque de prédation, ruptures de connectivité physiques et chimiques, adaptation physiologique liée à l'osmorégulation...) qui conditionnent le succès de leur phase continentale et de leur migration vers l'aval. Cependant, cette phase critique est très peu documentée. En raison des difficultés liées à l’identification et à la capture de grandes aloses dans le milieu naturel, des expérimentations ex-situ ont été réalisées. Des grandes aloses ont été élevées pendant leurs trois premiers mois de vie dans des conditions semi-naturelles (rivières artificielles) proposant différents habitats. Les préférences d'habitat et le comportement des juvéniles d'alose ont été analysés sur la base d'observations directes et de suivi vidéo. De nouvelles informations ont également pu être acquises sur leur alimentation et leurs mouvements en eau douce. Une autre expérimentation a été réalisée dans l’optique d’évaluer la tolérance de ces organismes aux stress combinés de température et d'hypoxie, en se basant sur des indicateurs comportementaux. Ces travaux apportent de nouvelles connaissances sur l'écologie des jeunes stades de l'espèce et permettent de discuter de son statut, en particulier dans le bassin versant Gironde-Garonne-Dordogne où aucun signe clair de remontée des effectifs n'a été détecté pour la population locale malgré un moratoire sur la pêche adopté en 2008. Ces informations pourront être utilisées pour améliorer les pratiques de gestion et anticiper les tendances des populations de grande alose dans le contexte actuel de changement global.

The oral bacteria form a complex community and their pathogenic switch can be influenced by host-related factors such as systemic iron and oxygen levels. Previous studies have suggested that genetic hemochromatosis, characterized by systemic iron overload, favours the occurrence of severe periodontitis but the mechanisms involved are unclear. Therefore, this thesis aimed to analyse the behaviour of multispecies oral biofilms at different iron levels composed of periodontal bacteria selected for their importance in the development of periodontal diseases: Streptococcus gordonii, Porphyromonas gingivalis and Treponema denticola. To realize this multispecies biofilm, an iron-controlled growth medium (Mixed Medium for Bacterial Community) was developed. This work includes applied research work and a fundamental part. In the framework of the development of a system for evaluating the anti biofilm activity of new products, methods for testing the effectiveness of antimicrobial liquids or gels were developed and used to challenge the 3-species biofilm. To better understand the effect of iron on the behaviour of three-species oral biofilm, the interspecies associations in biofilm initiation/attachment and followed by biofilm growth and development in response to iron levels (0.8, 8, 80 μM FeSO4) were investigated. This study, for the first time, showed the interactions between S. gordonii and T. denticola in biofilms and the effect of iron on these biofilms. The most striking result was the lower initial attachment and growth of this dual species biofilm at the lower iron concentrations. Moreover, the presence of the three-species altogether favoured the attachment of both pathogens P. gingivalis and T. denticola compared to mono-species biofilms and displayed a preferential growth of all the three species at 80 μM iron at 144 hours. Such preference for high iron levels for biofilm maturation may lead to oral dysbiosis and the progression of periodontitis during iron overload diseases. To further evaluate the inter-bacterial associations, the effect of iron in the evolution of the oral biofilm is being studied in the form of a new mathematical model with T. denticola in a previously established model for P. gingivalis and S. gordonii. The parameters were calibrated by measurements made from biological experiments in monospecies biofilms which will be used to test different hypotheses for either independence or competition for substrate between species, mutual benefit/syntrophy or production of toxic molecules for dual- and three-species biofilms. Finally, the validation of the model will be done by comparing the simulated results with those of the experimental results obtained for dual and three-species biofilms. Altogether this study will enable a better understanding of the iron driven pathogenesis of the oral microbiota.; Le microbiote buccal forme une communauté complexe. La dysbiose de ce microbiote est à l’origine des maladies parodontales. Parmi de nombreux facteurs pouvant induire cette dysbiose, les niveaux systémiques de fer ont récemment été identifiés comme possibles signaux. Des études antérieures ont suggéré que l'hémochromatose génétique, caractérisée par une surcharge systémique en fer, favorisait le développement de parodontites sévères, mais les mécanismes impliqués ne sont pas élucidés. Par conséquent, ces travaux de thèse ont eu pour objectif d’analyser le comportement de biofilms buccaux à différentes concentrations en fer. La complexité du biofilm buccal a été réduite à trois espèces clefs afin de pouvoir analyser leurs interactions. Les espèces bactériennes ont été sélectionnées pour leur importance dans le développement des maladies parodontales et leurs coopérations métaboliques : Streptococcus gordonii, Porphyromonas gingivalis et Treponema denticola. Pour réaliser ce biofilm multiespèces, un milieu de croissance permettant de contrôler la concentration en fer et la croissance des trois espèces bactériennes (Mixed Medium for Bacterial Community) a été développé. Ce modèle de biofilm a servi de base pour mener des travaux de recherche appliquée et fondamentale. Des méthodes pour tester l'efficacité de liquides ou gels antimicrobiens sur le biofilm buccal ont été développées. En parallèle, l'effet de différentes concentrations en fer sur l'attachement, l’initiation du biofilm et son développement a été étudié. Cette étude a montré pour la première fois les interactions entre S. gordonii et T. denticola dans les biofilms. La carence en fer s’est révélée délétère pour l’attachement et la croissance d’un biofilm composé uniquement de ces deux espèces bactériennes. De plus, la présence des trois espèces bactériennes favorise l'attachement des deux pathogènes P. gingivalis et T. denticola par rapport aux biofilms mono-espèces. Enfin, une forte concentration en fer permet une meilleure croissance du biofilm total et de chacune des trois espèces au sein du complexe. Une telle préférence pour des niveaux élevés de fer pour la maturation du biofilm peut expliquer la dysbiose buccale et les parodontites sévères observées lors des maladies de surcharge en fer. Pour optimiser l’analyse des associations entre les espèces bactériennes et l’effet du fer sur ces interactions, un modèle mathématique est en cours d’élaboration. Les premières étapes de ce projet sont présentées dans cette thèse. Les paramètres mathématiques ont été calibrés par des mesures biologiques obtenues sur des biofilms à une espèce bactérienne. Ces paramètres seront utilisés pour tester différentes hypothèses d’interactions entre les espèces : indépendance ou compétition pour le substrat, bénéfice mutuel/syntrophie et/ou production de molécules toxiques. Enfin, la validation du modèle obtenu mathématiquement se fera en comparant les résultats simulés avec les résultats expérimentaux obtenus pour les biofilms bi et tri-espèces. Dans l'ensemble, cette étude permettra une meilleure compréhension du comportement du biofilm buccal en fonction de la concentration en fer.

The activation of dioxygen is at the center of current economic challenges, because oxygenation and halogenation reactions play a major role in the chemical industry. These current oxidation processes often use harmful chemical oxidants, or dioxygen under drastic temperature and pressure conditions in the presence of noble metal catalysts. This is due to the kinetic inertia of oxygen. The metalloenzymes of the Cytochrome-P450 superfamily are capable of carrying out oxidation reactions efficiently and selectively under mild conditions, through the so-called reductive activation of dioxygen. This process begins with the coordination of dioxygen on the Fe ion at the active site, and leads, through a succession of reduction and protonation steps, to the cleavage of the oxygen-oxygen bond and the formation of a high valent species, FeV= O, a highly reactive species capable of oxidizing an organic substrate. The Fe and Mn porphyrins have been widely studied as models of the active site of these enzymes; several reaction intermediates were generated chemically and characterized by spectroscopy, and their reactivity was studied. In this manuscript, we propose an alternative approach that applies electrochemistry for the generation and characterization of these species. The reaction of MII (M = Fe, Mn) of Fe (F20TPP) Cl, FeIII(TPP)Cl, FeIII(F20TPP)Cl, FeIII(T-(2-COOH)PP)Cl and MnIII(TPP)Cl complexes with dioxygen is studied. by cyclic voltammetry (CV), UV-Vis spectroelectrochemistry and scanning electrochemical microscopy (SECM), in the absence or presence of Bronsted or Lewis acids. Electrocatalysis studies are then proposed; in preparative electrolysis, Fe or Mn porphyrin activates dioxygen in a reducing potential, in the presence of an organic substrate, such as cyclooctene, for example, which can be oxygenated or halogenated depending on the reaction conditions chosen. Finally, studies in catalyst heterogenization with inexpensive materials, and Resonance Raman spectroelectrochemistry are presented as promising results of this work., Le développement de catalyseurs efficaces, sélectifs et à base de métaux non nobles permettant l’utilisation de O2 en conditions douces en lieu et place d’oxydants nocifs ou de méthodes coûteuses en énergie est un enjeu crucial dans le cadre de l’oxydation de molécules organiques. Le présent sujet repose sur une approche électrochimique originale visant à développer de nouveaux procédés d'oxydation et d’halogenation inspirés des systèmes naturels pour remplacer les procédés non durables actuellement utilisés. Les métalloenzymes de type Cytochromes P450 de la famille des oxygenases/ halogenases sont capables de réaliser des réactions d’oxydation / halogenation efficacement et sélectivement dans des conditions douces, à travers l’activation réductrice de O2. Après coordination de O2 sur le site actif Fe l’activation de O2 consiste en une succession d’étapes de réduction et protonation conduisant à la coupure de la liaison O-O et à la formation de l’espèce Fe(V)=O, hautement réactive et capable d’oxyder un substrat organique. Les porphyrines Fe et Mn ont été largement étudiées en tant que modèles du site actif de ces enzymes et plusieurs intermédiaires réactionnels ont été générés par voie chimique et caractérisé par spectroscopie, et leur réactivité a été étudiée. En s’inspirant de ces systèmes naturels, notre stratégie originale est centrée sur des approches électrochimiques et spectroscopiques complémentaires pour l’étude de l’activation de O2 par des porphyrines de Fe et Mn. Le but ultime est de développer des procédés électrocatalytiques pour l'oxydation de substrats organiques, imitant l'activité catalytique des systèmes naturels. La réaction du MII (M= Fe, Mn) des complexes Fe(F20TPP)Cl, Fe(TPP)Cl, Fe(F20TPP)Cl, FeIII(T-(2-COOH)PP)Cl et Mn(TPP)Cl avec le dioxygène est étudiée par voltamétrie cyclique (CV), la spéctroéléctrochimie UV-Vis et la microscopie électrochimique à balayage (SECM), en absence ou en présence des acides de Bronsted ou de Lewis. Des études d’électrocatalyse sont ensuite proposées ; en électrolyse préparative, la porphyrine de fer ou de manganèse, active le dioxygène dans un potentiel réducteur, en présence d’un substrat organique, comme par exemple le cyclooctène, qui peut être oxygéné ou halogéné selon les conditions réactionnelles choisies. Enfin, des études en hétérogénéisation de catalyseur avec des matériaux peut couteux, et de spectroélectrochimie Raman Résonante sont présentées comme résultats prometteurs de ce travail.

Present-day climate change is attributed to anthropogenic emissions, however, volcanic emissions have always played an essential role in climate evolution. They represent one of the most important natural sources of sulphur on Earth, that can lead to climate perturbation over years. This is due to volcanic SO2 oxidation into sulphate aerosols, which interact with incident solar radiations, thus modifying the Earth's radiative balance.Present-day sulphur oxidation pathways are relatively well-known, but they remainpoorly constrained in the past. This study aims to improve our understanding of the fate of atmospheric sulphur over geological times using a multi-isotopic approach on sulphates originating from volcanic deposits and black crusts.The study conducted on ancient volcanic deposits shows that ignimbrites represent an interesting archive of atmospheric oxidants, and certainly more reliable than volcanic ashfalls. The difference in ∆17O signature between Anatolian and Peruvian sulphates suggests a different involvement of ozone in their formation.The study of black crusts from the Parisian region and formed at different periods,leads to the comparison of sulphur oxidation pathways in urban area between the preindustrial era and the present-day. Their differences in isotopic composition suggest that the relative contributions of each oxidation channel have changed from pre-industrial to modern times.Finally, large amounts of nitrate have been found in volcanic deposits in Turkey andPeru. Our results show that most of the nitrates in volcanic deposits represent the end-product of atmospheric nitrogen fixation by volcanic lightning, occurring during explosive eruptions.; Si la modification actuelle du climat est attribuée aux émissions anthropiques, les émissions volcaniques ont toujours représenté un des moteurs principaux de son évolution. Elles correspondent à l'une des sources naturelles les plus importantes de soufre sur Terre, qui peut entrainer des perturbations du climat pendant plusieurs années. Cela est dû à l'oxydation du SO2 volcanique en aérosols de sulfate, qui ont la propriété d'interagir avec le rayonnement solaire incident. Cette étude vise à améliorer notre compréhension du devenir du soufre dans l’atmosphère au cours du temps, à partir d'une approche multi-isotopique sur les sulfates présents dans des dépôts volcaniques anciens et les encroutements noirs. L'étude conduite sur des dépôts volcaniques montre qu'à l'échelle des temps géologiques, les ignimbrites représentent une archive intéressante des oxydants de l'atmosphère. La différence de signature en ∆17O entre les sulfates anatoliens et péruviens suggère une implication différente de l'ozone dans leur formation. L'étude des encroutements noirs formés à différentes périodes a permis de comparer les voies d'oxydation du soufre en zone urbaine de nos jours et durant la période pré-industrielle. Leurs compositions isotopiques suggèrent que les contributions relatives des différentes voies d'oxydation ont changé depuis l’ère pré-industrielle. Enfin, de larges quantités de nitrate ont été découvertes dans des dépôts volcaniques. L'étude de ces nitrates a permis de montrer qu'ils résultent principalement de la fixation d'azote atmosphérique par les éclairs volcaniques.

Neutrophils are the most abundant leukocytes in the circulation and are key players of the innate immune response against pathogens, especially bacteria. Under homeostatic conditions, neutrophils reside in the bone marrow where they are produced, circulate in the plasma fraction of the blood. Both compartments are known to contain low amounts of available oxygen (, Les neutrophiles sont les leucocytes les plus abondants dans la circulation sanguine et jouent un rôle clé dans l’immunité innée contre les agents pathogènes, en particulier les bactéries.Dans des conditions homéostatiques, les neutrophiles résident dans la moelle osseuse, où ils sont produits, et dans la fraction plasmatique du sang. Ces deux compartiments sont connus pour contenir de faibles quantités d'oxygène disponible (4 % et 1,2 % O2).En outre, les neutrophiles sont considérés comme des cellules hautement glycolytiques, ayant un faible nombre de mitochondries et produisant la majeure partie de leur énergie à partir du glucose présent dans le milieu extracellulaire. Lors d'une inflammation/infection, les neutrophiles migrent dans des tissus plus oxygénés (

When the oxidation kinetics of a material are controlled by the diffusion of charged species (ions, electrons, ...) through the oxide layer, it is expected that an electrical potential difference applied between the internal and the external interfaces of the oxide could alter the oxidation rate. Although this phenomenon has been studied for many years, it has not been possible to reach a consensus to explain wide experimental results according to the nature of the material, the electrical properties of the oxide, the temperature and the oxidizing atmosphere.The work presented in this thesis concerns the evaluation of the oxidation process under the influence of an external polarization. Thermogravimetric analysis technique coupled with the in-situ application of an electrical tension was used. Two types of materials were chosen: zirconium alloys (Zircaloy-4 and Zirconium 99.2% pure) and the metal and silicide composite (MASC).For MASC, the results show that oxidation kinetic is accelerated with the application of electrical tension, regardless of the polarization direction. This phenomenon was attributed to heating of the sample by Joule effect. For zirconium alloys, we found that the oxidation rate remains independent on the applied tension. The study of polarization curves and the electrical modelling of the metal/oxide/electrode system have shown that it is not possible to reach the electrical potential difference necessary to modify the corrosion kinetic, due to the conductivity of the oxide and the existence of electrical resistance at the oxide/electrode interface., Lorsque la cinétique d’oxydation d’un matériau est contrôlée par la diffusion d’espèces chargées (ions, électrons, ...) à travers la couche d’oxyde, il est possible d’envisager qu’une différence de potentiel appliquée entre les interfaces interne et externe de l’oxyde puisse modifier la vitesse d’oxydation. Ce phénomène, bien qu’étudié depuis de longues années n’a pas permis d’aboutir à un consensus pour expliquer les résultats expérimentaux très divers selon la nature du matériau, les propriétés électriques de l’oxyde, la température et l’atmosphère oxydante. Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’évaluation du processus d’oxydation sous l’influence d’une polarisation externe. La technique d’analyse thermogravimétrique couplée avec l’application in situ d’une tension électrique a été employée. Deux types de matériaux ont été choisis : des alliages de zirconium (Zircaloy-4 et zirconium 99,2% pur) et le composite niobium/siliciures (MASC en anglais). Pour le MASC, les résultats montrent que la cinétique d’oxydation s’accélère avec l’application de la tension électrique, quel que soit le sens de polarisation. Ce phénomène a été attribué à un échauffement de l’échantillon par effet Joule. Pour les alliages de zirconium, nous avons trouvé que la vitesse d’oxydation reste indépendante de la tension appliquée. L’étude des courbes de polarisation et la modélisation électrique du système métal/oxyde/électrode ont mis en évidence qu’il n’est pas possible d’atteindre une différence de potentiel suffisante pour modifier la cinétique de corrosion, en raison de la conductivité de l’oxyde et de l’existence d’une résistance électrique à l’interface oxyde/électrode.

L’oxygène n’est pas apparu aussi brutalement qu’on le pensait sur notre planète. Malgré un apport en oxygène lié aux cyanobactéries dès l’archéen, ce ne sont pas ces microorganismes qui sont à la base de la première grande «révolution» de l’oxygène qui a eu lieu à la limite archéen/paléoprotérozoïque (il y a deux milliards et demi d’années) dans l’atmosphère, lors du Grand Événement d’Oxydation. Ce sont les processus liés au cycle de la tectonique des plaques (activité mantellique et périodes intenses d’érosion/altération) qui ont contribué de manière déterminante à l’augmentation de la concentration de l’oxygène atmosphérique voici deux milliards et demi d’années. Les deux principaux processus responsables de cette augmentation sont liés à l’enfouissement de la matière organique et de la pyrite. L’altération des séries riches de ces deux composants conditionnera ensuite pendant près d’un milliard d’années la composition chimique des océans en oxygène, soufre et fer. Au cours du temps, l’oxygène proviendra de l’activité des cyanobactéries et l’atmosphère réductrice du début de l’archéen sera remplacée par une atmosphère oxydante à la fin du précambrien. The Precambrian: Bacteria, Plate Tectonics and Oxygen. — Oxygen did not appear as abruptly as we thought on our planet. Despite an oxygen supply related to cyanobacteria since the Archean, these microorganisms are not at the origin of the first great oxygen revolution that took place at the Archean/Paleoproterozoic boundary (two and a half billion years) in the atmosphere during the Great Oxidation Event. Two processes related to the cycle of plate tectonics (mantle activity and intense periods of erosion/weathering) were mostly involved in the increase of the atmospheric oxygen concentration two and a half billion years ago. These two main processes are related to the burial of organic matter and pyrite. The alteration of series with high contents of these two elements will then condition for nearly one billion years the oxygen, sulfur and iron chemical composition of the oceans. Oxygen will finally come from the activity of cyanobacteria and the early Archean reducing atmosphere will be replaced by an oxidizing atmosphere at the end of the Precambrian., Communication présentée à la séance de la Classe des Sciences techniques tenue le 31 mai 2018. Texte reçu le 23 décembre 2018, soumis à peer-review. Version définitive, approuvée par les reviewers, reçue le 14 mai 2019.

During hypothetical LOss-of-Coolant-Accident (LOCA) scenarios in pressurized water reactors, zirconium-based fuel claddings can be exposed to high temperatures (up to 1200°C) and, under certain conditions, absorb locally a significant amount of hydrogen (up to 3000 wppm) and of oxygen (up to 1 wt.%). This work aims to study the isolated and combined effects, which have been little investigated hitherto, of oxygen and hydrogen in high contents, on the metallurgical evolutions and the mechanical behavior of two industrial zirconium alloys (Zircaloy-4 and M5Framatome) during and after cooling/quenching from the βZr temperature domain (> 700°C). The first part of this work consisted of producing “model” materials, from cladding tube sections and plates, homogenously charged with oxygen, up to 1 wt.%, and with hydrogen, up to 7000 wppm. The phase transformations occurring on cooling from the βZr domain in the materials charged with hydrogen and the changes in chemical composition and lattice parameters of the phases were then quantified using several techniques such as calorimetry, in situ neutron diffraction during cooling from 700°C, neutron and X-ray diffraction at room temperature, electron microprobe, μ-ERDA and EBSD. The experimental results were compared with thermodynamic predictions, taking into account all of the chemical elements in the materials. In addition to the stable phases expected at equilibrium, the presence of metastable phases such as γZrH hydrides, and βZr phase enriched in H and Nb in the case of M5Framatome, as well as of a significant amount of hydrogen remaining in solid solution within the αZr, was pointed out at room temperature at the end of cooling. The mechanical properties of the (prior-)βZr phase were characterized by performing uniaxial tensile tests at temperature between 700 and 30°C on cooling from the βZr domain, on materials charged with hydrogen and/or oxygen. The results showed that the mechanical behavior and the failure mode strongly depend on the testing temperature and on the hydrogen and oxygen contents. Empirical correlations and a phenomenological model have been proposed to describe the macroscopic ductile-brittle transition temperature, the evolutions of the mechanical characteristics and the plastic behavior of the material (in the case of ductile macroscopic failure), as a function of temperature and contents of oxygen and hydrogen. Observation of the fracture surfaces, μ-ERDA and electron microprobe analyses and a tensile test performed in situ under SEM highlighted the heterogeneity of the deformation and the failure mode at the local scale, due to the effects of the partitioning of chemical elements, especially of hydrogen and oxygen, during the phase transformations; Lors d’un scénario hypothétique d’accident par perte de réfrigérant primaire, les gaines en alliage de zirconium des crayons combustibles des réacteurs nucléaires à eau pressurisée peuvent être exposées à des températures élevées (jusqu’à 1200°C) et, dans certaines conditions, absorber localement des quantités significatives d’hydrogène (jusqu’à 3000 ppm-mass.) et d’oxygène (jusqu’à 1 %-mass.). Ce travail vise ainsi à étudier les effets isolés et combinés, peu investigués jusqu’à présent, de fortes teneurs en oxygène et en hydrogène sur les évolutions métallurgiques et le comportement mécanique de deux alliages de zirconium industriels (le Zircaloy-4 et le M5Framatome) au cours et après refroidissement/trempe depuis le domaine βZr (>700°C). Un protocole a été mis au point pour élaborer, à partir de tronçons de tube de gainage ou de plaquettes, des matériaux « modèles » chargés de manière homogène en oxygène jusqu’à 1 %-mass. et en hydrogène jusqu’à 7000 ppm-mass. Les transformations de phases s’opérant au refroidissement depuis le domaine βZr dans les matériaux chargés en hydrogène et les évolutions des compositions chimiques et des paramètres de maille des phases en présence ont été quantifiées à l’aide de différentes techniques : calorimétrie, diffraction de neutrons in-situ en cours du refroidissement depuis 700°C, diffraction de neutrons et de rayons X à température ambiante, microsonde électronique, μ-ERDA et EBSD. Les résultats ont été confrontés à des prévisions thermodynamiques tenant compte de l’ensemble des éléments chimiques. En plus des phases stables attendues à l’équilibre, des phases métastables (hydrures γZrH et, dans le cas du M5Framatome, phase βZr enrichie en H et Nb) ainsi qu’une quantité significative d’hydrogène en solution solide dans la phase αZr ont été mises en évidence jusqu’à température ambiante, dans des proportions dépendant de la teneur globale en hydrogène et de la vitesse de refroidissement. Les propriétés mécaniques de la phase (ex-)βZr ont été caractérisées à partir d’essais de traction uniaxiale effectués en température entre 700 et 30°C au refroidissement depuis le domaine βZr sur les matériaux chargés en hydrogène et/ou en oxygène. Les résultats ont montré que le comportement mécanique et le mode de rupture dépendent fortement de la température et des teneurs en hydrogène et en oxygène. Des relations empiriques et une loi phénoménologique ont été proposées pour décrire la température de transition ductile-fragile macroscopique, les évolutions des caractéristiques mécaniques et le comportement plastique du matériau (lorsqu’il est ductile), en fonction de la température et des teneurs en oxygène et en hydrogène. L’observation des faciès de rupture, des analyses μ-ERDA et à la microsonde électronique et un essai de traction réalisé in-situ sous MEB ont mis en évidence une hétérogénéité de la déformation et du mode de rupture à l’échelle locale, due à l’effet du « partitioning » des éléments chimiques lors des transformations de phases au refroidissement.

During hypothetical LOss-of-Coolant-Accident (LOCA) scenarios in pressurized water reactors, zirconium-based fuel claddings can be exposed to high temperatures (up to 1200°C) and, under certain conditions, absorb locally a significant amount of hydrogen (up to 3000 wppm) and of oxygen (up to 1 wt.%). This work aims to study the isolated and combined effects, which have been little investigated hitherto, of oxygen and hydrogen in high contents, on the metallurgical evolutions and the mechanical behavior of two industrial zirconium alloys (Zircaloy-4 and M5Framatome) during and after cooling/quenching from the βZr temperature domain (> 700°C). The first part of this work consisted of producing “model” materials, from cladding tube sections and plates, homogenously charged with oxygen, up to 1 wt.%, and with hydrogen, up to 7000 wppm. The phase transformations occurring on cooling from the βZr domain in the materials charged with hydrogen and the changes in chemical composition and lattice parameters of the phases were then quantified using several techniques such as calorimetry, in situ neutron diffraction during cooling from 700°C, neutron and X-ray diffraction at room temperature, electron microprobe, μ-ERDA and EBSD. The experimental results were compared with thermodynamic predictions, taking into account all of the chemical elements in the materials. In addition to the stable phases expected at equilibrium, the presence of metastable phases such as γZrH hydrides, and βZr phase enriched in H and Nb in the case of M5Framatome, as well as of a significant amount of hydrogen remaining in solid solution within the αZr, was pointed out at room temperature at the end of cooling. The mechanical properties of the (prior-)βZr phase were characterized by performing uniaxial tensile tests at temperature between 700 and 30°C on cooling from the βZr domain, on materials charged with hydrogen and/or oxygen. The results showed that the mechanical behavior and the failure mode strongly depend on the testing temperature and on the hydrogen and oxygen contents. Empirical correlations and a phenomenological model have been proposed to describe the macroscopic ductile-brittle transition temperature, the evolutions of the mechanical characteristics and the plastic behavior of the material (in the case of ductile macroscopic failure), as a function of temperature and contents of oxygen and hydrogen. Observation of the fracture surfaces, μ-ERDA and electron microprobe analyses and a tensile test performed in situ under SEM highlighted the heterogeneity of the deformation and the failure mode at the local scale, due to the effects of the partitioning of chemical elements, especially of hydrogen and oxygen, during the phase transformations; Lors d’un scénario hypothétique d’accident par perte de réfrigérant primaire, les gaines en alliage de zirconium des crayons combustibles des réacteurs nucléaires à eau pressurisée peuvent être exposées à des températures élevées (jusqu’à 1200°C) et, dans certaines conditions, absorber localement des quantités significatives d’hydrogène (jusqu’à 3000 ppm-mass.) et d’oxygène (jusqu’à 1 %-mass.). Ce travail vise ainsi à étudier les effets isolés et combinés, peu investigués jusqu’à présent, de fortes teneurs en oxygène et en hydrogène sur les évolutions métallurgiques et le comportement mécanique de deux alliages de zirconium industriels (le Zircaloy-4 et le M5Framatome) au cours et après refroidissement/trempe depuis le domaine βZr (>700°C). Un protocole a été mis au point pour élaborer, à partir de tronçons de tube de gainage ou de plaquettes, des matériaux « modèles » chargés de manière homogène en oxygène jusqu’à 1 %-mass. et en hydrogène jusqu’à 7000 ppm-mass. Les transformations de phases s’opérant au refroidissement depuis le domaine βZr dans les matériaux chargés en hydrogène et les évolutions des compositions chimiques et des paramètres de maille des phases en présence ont été quantifiées à l’aide de différentes techniques : calorimétrie, diffraction de neutrons in-situ en cours du refroidissement depuis 700°C, diffraction de neutrons et de rayons X à température ambiante, microsonde électronique, μ-ERDA et EBSD. Les résultats ont été confrontés à des prévisions thermodynamiques tenant compte de l’ensemble des éléments chimiques. En plus des phases stables attendues à l’équilibre, des phases métastables (hydrures γZrH et, dans le cas du M5Framatome, phase βZr enrichie en H et Nb) ainsi qu’une quantité significative d’hydrogène en solution solide dans la phase αZr ont été mises en évidence jusqu’à température ambiante, dans des proportions dépendant de la teneur globale en hydrogène et de la vitesse de refroidissement. Les propriétés mécaniques de la phase (ex-)βZr ont été caractérisées à partir d’essais de traction uniaxiale effectués en température entre 700 et 30°C au refroidissement depuis le domaine βZr sur les matériaux chargés en hydrogène et/ou en oxygène. Les résultats ont montré que le comportement mécanique et le mode de rupture dépendent fortement de la température et des teneurs en hydrogène et en oxygène. Des relations empiriques et une loi phénoménologique ont été proposées pour décrire la température de transition ductile-fragile macroscopique, les évolutions des caractéristiques mécaniques et le comportement plastique du matériau (lorsqu’il est ductile), en fonction de la température et des teneurs en oxygène et en hydrogène. L’observation des faciès de rupture, des analyses μ-ERDA et à la microsonde électronique et un essai de traction réalisé in-situ sous MEB ont mis en évidence une hétérogénéité de la déformation et du mode de rupture à l’échelle locale, due à l’effet du « partitioning » des éléments chimiques lors des transformations de phases au refroidissement.

Although substantial advances have been made in a few reactions of industrial significance over single-atom catalysts (SACs), the origin of the superior catalytic performance, the nature of the active sites, and the reaction pathways are still the subject of debate. Even for CO oxidation over SACs on nonreducible substrates, the understanding is limited. We investigated the performance of Pd atoms monodispersed on graphene (PdGr) in CO oxidation. Combining first-principles-based thermodynamics calculations and microkinetics modeling, we showed that the positively charged PdGr can exhibit a rather high low-temperature activity in CO oxidation. Under reaction conditions, the Pd atom binds strongly with 02, acting as the reactive species to convert CO. A comparison of the conversion rates of steps along different potential reaction pathways provides direct evidence that CO oxidation mainly proceeds through revised Langmuir-Hinshelwood pathways, and the dissociation of the peroxide intermediate (O-O-C=O) is the rate limiting step. The predicted catalytic performance was attributed to the specific electronic structure of PdGr with the positively charged Pd on graphene monovacancy exposing sp-type frontier states. We expect these findings to help in understanding the performance of SACs and to guide the design and fabrication of SACs with superior catalytic performance.

International audience; There are currently about a hundred species of marine reptiles (snakes, turtles, crocodile and Galapagos iguana). With the exception of some turtles, all of these organisms live in the intertropical zones where they absorb heat from their environment in order to increase their body temperature, mainly through behavioral regulation. During the Mesozoic (from -252 to -66 Million years), the specific diversity of marine reptiles was at least five times greater than today, with taxa such as Ichthyosauria, Plesiosauria, Mosasauroidea but also Crocodylomorpha and Testudinata (turtles). Fossil remains of Plesiosauria and Ichthyosauria were found in strata deposited at low to subpolar paleolatitudes, suggesting they had a thermophysiology allowing them to live in cold waters. In addition, histological studies of long bone sections of Ichthyosauria, Plesiosauria and Crocodylomorpha have revealed rapid rates of bone growth followed by strong remodeling suggesting high metabolism. To study the thermophysiology of marine reptiles of the Mesozoic from another perspective, the isotopic oxygen composition of the hydroxyapatite constituting dental enamel and bone has been analyzed in order to estimate the body temperatures of these organisms. These temperatures have then been compared to those of poikilothermic ectotherms (Chondrichthyes and Osteichthyes) found in the same deposits. Body temperature estimates indicate that Ichthyosauria and Plesiosauria had high and constant temperatures, in contrast to those of Metriorhynchidae and Mosasauroidea that appeared to vary with those of their living environment. Consequently, Ichthyosauria and Plesiosauria were supposed to be homeothermic endotherms while Metriorhynchidae and Mosasauroidea were poikilothermic endotherms. Teleosauridae seem to have an ectothermic thermophysiology coupled with a behavioral regulation linked to their semi-aquatic ecology. The presence of endothermy involving temperature independence from the environment probably conferred a significant adaptative advantage for these organisms to colonize high-latitude environments and to survive cooling episodes of the Mesozoic.; On dénombre actuellement une centaine d'espèces de reptiles marins (serpents, tortues, crocodile et iguane des Galapagos). Excepté certaines tortues, l'ensemble de ces organismes est inféodé aux zones intertropicales au sein desquelles ils puisent la chaleur de leur environnement afin d'augmenter leur température corporelle, principalement par modifications comportementales. Durant le Mésozoïque (de-252 à-66 Millions d'an-nées, Ma), la diversité spécifique des reptiles marins était au moins cinq fois plus importante qu'aujourd'hui, avec notamment des Ichthyosauria, des Plesiosauria, des Mosasauroidea mais aussi des Crocodylomorpha et des Testudinata (tortues). Des restes de Plesiosauria et d'Ichthyosauria ont été retrouvés des basses latitudes jusqu'aux latitudes subpolaires, ce qui suggère que ces organismes possédaient une thermophysiologie leur permettant de vivre dans des eaux froides. De plus, les études histologiques d'os longs d'Ichthyosauria, de Ple-siosauria et de Crocodylomorpha ont montré une vitesse de croissance osseuse rapide suivie d'un remodelage suggérant un métabolisme élevé. Pour aborder la thermophysiologie des reptiles marins du Mésozoïque sous un autre angle, la composition isotopique de l'oxygène de l'hydroxyapatite composant l'émail dentaire et l'os a été analysée afin d'estimer les températures corporelles de ces organismes. Celles-ci ont ensuite été comparées à celles d'organismes ectothermes poïkilothermes (Chondrichthyes et Osteichthyes) retrouvés dans les mêmes gisements. Les estimations de températures corporelles indiquent que les Ichthyosauria et les Plesiosauria possédaient des températures corporelles élevées et constantes contrairement aux Metriorhynchidae et aux Mosasauroidea dont la température corporelle semblait varier avec celle de leur milieu de vie. Par conséquent, les Ichthyosauria et les Plesiosauria semblent avoir été des animaux endothermes homéothermes alors que les Metriorhynchidae et les Mosasauroidea auraient été endothermes poïkilothermes. Les Teleosauridae, quant à eux, semblent avoir une thermophysiologie d'ectotherme couplée à une régulation comportementale en lien avec leur écologie semi-aquatique. La présence d'endothermie impliquant une thermo-indépendance vis-à-vis du milieu a probablement conféré un avantage adaptatif aux reptiles marins leur ayant permis de coloniser les environnements de hautes latitudes et survivre aux événements froids du Mésozoïque.